Лабораторна робота № 2.
Тема: Вивчення під мікроскопом мікроструктури сталей.
Мета: Усвідомити суть мікроскопічного аналізу, його доцільність і порядок проведення та закріпити пройдений теоретичний матеріал.
Прилади та матеріали:
1. Металографічний мікроскоп МЕТАМ – Р1.
2. Приладдя до мікроскопа.
3. Відшліфовані взірці досліджуваних деталей.
Короткі теоретичні відомості
Мікроструктура технічного заліза і вуглецевих сталей характеризується нижньою частиною діаграми стану залізо – цементит (рисунок 2.1).
Сплави з вмістом до 0,02% С називаються технічним залізом, від 0,02 до 0,8% С – доевтектоїдними сталями і від 0,8 до 2,14 % С – заевтектоїдними сталями.
Рисунок 2.1 – Нижня ліва частина діаграми стану залізо – цементит
Мікроструктура технічного заліза.
Розчинність вуглецю в α – залізі змінна (див. лінію PQ на рисунку 2.1). З пониженням температури розчинність вуглецю в в α – залізі знижується. При температурі 7270С в в α – залізі розчиняється 0,02% С, а при кімнатній температурі 0,006% С. В зв’язку з цим сплави заліза з вмістом до 0,006% С мають структуру тільки твердого розчину вуглецю в в α – залізі, тобто фериту (рисунок 2.1).
В сплавах з вмістом від 0,006% до 0,02%С в зв’язку з пониженням розчинності вуглецю в α – залізі при пониженні температури із фериту виділяється цементит, який називається третинним. Третинний цементит виділяється по границях зерен фериту.
Мікроструктура доевтектоїдної і евтектоїдної сталі.
Мікроструктура доевтектоїдної сталі (до 0,8%С) складається з фериту і перліту. Мікроструктура евтектоїдної сталі (0,8%С) складається з одного перліту. Мікроструктура фериту та фериту+цементиту подана на рисунках 2.2 та 2.3.
Рисунок 2. 2 – Мікроструктура технічного заліза – фериту:
а– мікроструктура (Х 500); б – схема мікроструктури
Рисунок 2.3 – Мікроструктура сталі з 0,015%С – ферит + цементит (третинний):
а– мікроструктура (Х 500); б – схема мікроструктури
На рисунку 2.4 подана мікроструктура перліту. Перліт – це евтектоїд – механічна суміш фериту і цементиту, яка отримується в результаті розпаду аустеніту з 0,8%С. При травленні шліфу сталі з 0,8% С, тобто евтектоїдної сталі, поверхня має перламутровий відлив, в зв’язку з чим таку структуру і назвали перлітом. Після травленя 4% азотною кислотою в спирті на шліфі отримується мікрорельєф. Це пояснюється тим, що ферит з меншим електролітичним потенціалом, ніж цементит, більш інертно розчиняється в кислоті. Крім того, інтенсивно травляться границі між цементитом і феритом. Тому світло, яке подає через мікроскоп на шліф буде давати тіні від виступів (цементит) та впадини (ферит). В залежності від швидкості охолодження, пластини цементиту в перліті можуть бути довші чи коротші і товстіші чи тонші.
Рисунок 2. 4 – Мікроструктура евтектоїдної сталі з 0,08%С – перліт:
а– мікроструктура (Х 500); б – схема мікроструктури
В доевтектоїдної сталі після травлення ферит проявляється в вигляді світлих полів, а перліт – в вигляді поля у полоску (рисунку 2.5).
Рисунок 2.5 – Мікроструктура доевтектоїдної сталі з 0,3%С – ферит + перліт:
а– мікроструктура (Х 500); б – схема мікроструктури
Кількість перліту і фериту в доевтектоїдній сталі залежить від вмісту вуглецю. Із збільшенням вуглецю, кількість фериту зменшується, а кількість перліту збільшується (рисунок 2.6).
0,1%С 0,3%С 0,5%С 0,7%С
Рисунок 2.6 – Схеми мікроструктур сталі з різним вмістом вуглецю
По мікроструктурі доевтектоїдної сталі можна приблизно визначити вміст в ній вуглецю, для чого потрібно орієнтовно прийняти площу (в процентах), яку займає ферит і перліт.
В зв’язку з тим, що у фериті розчинено дуже невелика кількість вуглецю, практично можна рахувати, що в евтектоїдній сталі весь вуглець знаходиться в перліті.
Мікроструктура заевтектоїдної сталі.
Сталь з вмістом вуглецю від 0,8 до 2,14% називається заевтектоїдною і має структуру, яка складається з перліту і вторинного цементиту. Вторинний цементит виділяється із аустеніту при охолоджені від температури Аст (лінія SE) до температури Аr1 (лінія PSK) (рисунок 2.1).
При повільному охолодженні вторинний цементит виділяється у вигляді сітки по границях зерен аустеніту. При досягненні температури Аr1 аустеніт перетворюється в перліт. В результаті заевтектоїдна сталь має структуру перліту і сітку цементиту (рисунок 2.7), біла сітка – вторинний цементит, а всередині сітки зерна пластинчатої будови – перліт. Чим більше вуглецю в заевтектоїдній сталі, тим більш масивною (грубою) отримується цементит на сітка.
Рисунок 2.7 – Заевтектоїдна сталь з 1,2% С – перліт + цементит (у вигляді сітки):
а– мікроструктура (Х 500); б – схема мікроструктури