Лабораторная работа № 5

Тема: Исследование микроструктуры легированных сталей

Цель работы: Изучить микроструктуры легированных сталей

Задание:

1. Изучить микроструктуры легированных сталей после различных видов термической обработки.

2. Результаты микроанализа оформить в виде таблицы.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Оборудование: металло­графический микроскоп; набор микрошлифов

Пояснения к работе

Микроструктура конструкционных сталей

Микроструктура низкоуглеродистых (цементуемых) сталей. К низкоуглеродистым сталям относят стали с содержанием углерода до 0,25% —легированные стали, например 15Г, 20Х, 18ХГТ, 20Х2Н4А и др. Низкоуглеродистые сталив отожженном состоянии имеют структуру феррит + перлит (рис. 1).

Рисунок -1 Сталь 18ХГТ — феррит + перлит:

а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры

Микроструктура среднеуглеродистых (улучшаемых) сталей.К среднеугле-родистым сталям относят стали с содержанием углерода от 0,25 до 0,6% - легированные стали, например 40Х, 40ХГ, 40ХГР, 30ХГСА, 45ХН, 40ХНМА и др.

Микроструктура легирован­ной среднеуглеродистой стали 30ХГСА (0,28—0,34% С; 0,8—1,1% Мп; 0,8—1,1% Cr; 0,9—1,2% Si) после отжига феррит + перлит (рис. 25.12) и после улучшения (закал­ки и высокого отпуска) — сорбит (рис. 2-3).

Рисунок -2Сталь 30ХГСА. Отжиг — феррит + перлит:

а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры

Рисунок - 3. Сталь 30ХГСА. Закалка и высокий отпуск — сорбит:

а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры

Микроструктура рессорно-пружинных сталей. Для пружин и рессор применяют углеродистые стали 65, 75, 85 с повышенным содержанием марганца (0,5—0,8%), а чаще легированные стали, например 65Г, 60С2, 50ХГ, 50ХФА, 60С2ХФА, 60С2Н2А и др. Для получения наибо­лее высокого значения предела упругости пружины и рессоры подвергают закалке с 800—850°С в масле или воде с последующим отпуском при 350—500°С (в зависи­мости от марки стали) с целью образования структуры троостита.

Рисунок - 4. Сталь 60С2. Состояние поставки — феррит + перлит

а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры

Рисунок - 5. Сталь 60С2. Закалка и средний отпуск — троостит:

а — микроструктура (Х500); б—схема микроструктуры

Сталь 60С2 в состоянии поставки (рис. 4) имеет структуру феррит + перлит, после закалки и отпуска (рис. 5) — троостит.

Микроструктура быстрорежущей стали. Наиболее ха­рактерными и распространенными легированными инст­рументальными сталями являются быстрорежущие ста­ли, например Р18, Р6М5 и др.

В литом состоянии структура быстрорежущей стали состоит из ледебуритной эвтектики, имеющей «скелето­образный» вид, и продуктов распада аустенита (рис. 6). Наличие в литой быстрорежущей стали ледебуритной эвтектики придает стали хрупкость.

Рисунок - 6. Быстрорежущая сталь Р18. Литье:

а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры

Для разруше­ния ледебуритной эвтектики литую быстрорежущую сталь подвергают обработке давлением (прокатке, ков­ке) и отжигу. Ковка изменяет строение быстрорежущей стали, так как эвтектика разбивается на отдельные обо­собленные карбиды.

Микроструктура кованой и отожженной быстрорежу­щей стали состоит из крупных первичных карбидов, бо­лее мелких вторичных карбидов и сорбитообразного пер­лита, представляющего собой феррит и мелкие эвтектоидные карбиды и занимающего основное поле шлифа (рис. 7).

Рисунок -7. Сталь Р18. Ковка и отжиг: а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры;

В прокатанной или плохо прокованной быстрорежу­щей стали карбиды располагаются неравномерно в виде скоплений и полос (карбидная неоднородность;

рис. 8).

Рисунок -8. Сталь P18. Карбидная неоднородность:

а — микроструктура (X100); б — схема микроструктуры

Микроструктура быстрорежущей стали, закаленной с оптимальной температуры, состоит из мартенсита, карбидов и остаточного аустенита. Однако

травлением выявляются главным образом границы бывших зерен аустенита и очень плохо обнаруживается основная структурная составляющая — мартенсит. Поэтому по внешнему виду структура закаленной быстрорежущей стали кажется состоящей только из аустенита и карбидов (рис. 9).

Рисунок -9. Сталь Р18 Закалка (нормальный нагрев):

а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры

Микроструктура быстрорежущей стали, закаленной от температуры ниже оптимальной (недогрев), характе­ризуется более мелкими зернами аустенита, но большим количеством нерастворившихся карбидов (рис. 10).

Рисунок -10. Сталь Р18. Закалка (недогрев):

a— микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры

Рисунок -11. Сталь P18. Закалка (перегрев):

а — микроструктура (Х300); б — схема микроструктуры

Рисунок -12 Сталь Р18. Закалка (пережог):

а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры

Рисунок -13 Сталь Р18. Закалка и трехкратный отпуск:

а — микроструктура; б — схема микроструктуры

Микроструктура быстрорежущей стали, закаленной с температуры выше оптимальной (перегрев), характе­ризуется значительным ростом зерна, образованием сет­ки карбидов (рис. 11), а иногда даже и оплавлением и появлением ледебуритной эвтектики (рис. 12).

Микроструктура закаленной быстрорежущей стали после трехкратного отпуска при 550—570° С состоит из мартенсита и карбидов (рис. 13).

Таблица 1