Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»

кафедра физической химии

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 3 _

«Анализ микроструктуры материалов»

Выполнил: Конунников Г.А. Группа № 0501

Преподаватель: Карпов О.Н.

Санкт-Петербург 2022

Цель работы

1. Изучить микроструктуры сталей и белого чугуна с различным содержанием углерода и установить между наблюдаемой микроструктурой и диаграммой Fe-Fe₃C.

2. Изучить структуру серых, высокопрочных и ковких чугунов и установить связь между составом, условиями получения и структурой.

Оборудование и материалы

Микроскоп с камерой, образец чугуна, образец стали.

Теоретическое обоснование

Диаграмма Fe-Fe₃C представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Диаграмма Fe-Fe₃C

где ABCD – линия ликвидус; AHJECF – линия солидус; линия АВ – выделение из жидкой фазы -феррита; линия ВС – выделение аустенита из жидкости; линия CD – кристаллизация первичного цементита; линия НJB соответствует выделению аустенита за счет взаимодействия -феррита с жидким сплавомсостава B; линия ECF соответствует эвтектическому превращению ЖC → АE + ЦF (твердый сплав, соответствующий составу С, называется ледебуритом и представляет собой механическую смесь аустенита (состава Е) и цементита); линия SE – выделение вторичного цементита из аустенита. На линии PSK (температура 727 °С) происходит эвтектоидное превращение: AS → ФP + Цк – аустенит состава S разлагается с выделением феррита состава Р и цементита (состава К).

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода более 2.14 % называются сталями. По структуре все сплавы подразделяются на доэвтектоидную сталь (содержание углерода до 0.8 %), эвтектоидную сталь (0.8 % С), заэвтектоидную сталь (0.8–2.14 % С), доэвтектический чугун (2.14–

4.3 % С), эвтектический чугун (4.3 % С) и заэвтектический чугун (4.3–6.67 % C). Сталь с содержанием углерода менее 0.1 % называют техническим железом. Доэвтектоидные стали состоят из феррита и перлита, количество перлита возрастает по мере увеличения концентрации углерода. Эвтектоидная сталь состоит из перлита. Заэвтектоидная сталь содержит перлит и цементит. Доэвтектический чугун состоит из перлита, ледебурита (превращенного) и цементита (вторичного), эвтектический чугун – из ледебурита, заэвтектический чугун – из цементита первичного и ледебурита.

В зависимости от степени раскисления стали могут быть спокойными (сп), полуспокойными (пс) или кипящими (кп), что и указывается в марке стали. При одинаковом содержании углерода сп-, пс- и кп-стали практически имеют одинаковую прочность. Основное их различие состоит в пластичности, которая зависит главным образом от содержания кремния: 0.15–0.35 % – в сп- стали; 0.05–0.15 % – в пс-стали; 0.05 % – в кп-стали. Стали обыкновенного качества подразделяются еще и по поставкам на три группы: 1) сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора); 2) сталь группы Б – по химическому составу; 3) сталь группы В – с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

Стали с содержанием углерода менее 0.25 % относятся к строительным и котельным. Низкое содержание углерода позволяет сваривать эти стали. Для деталей машин, несущих ударные нагрузки, используют стали c содержанием углерода в пределах 0.35–0.50 % (например, Ст35, Ст40, Ст45). Эти стали подвергают термической обработке – закалке c последующим высокотемпературным отпуском. Для пружин и рессор используют стали с содержанием углерода 0.50–0.70 %. Их применяют только после ТO. Стали, содержащие 0.7–1.3 % С, используют для изготовления ударного или режущего инструмента. Их маркируют буквой У (У7, У8, ..., У1З), где число показывает содержание углерода в десятых долях процента. Так, сталь У10 содержит 1 % углерода.

Различают стали обыкновенного качества и качественные стали. Стали обыкновенного качества содержат большее количество серы (до 0.05 %), фосфора (до 0.04 %) и неметаллических включений, чем качественные стали.

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода более 2.14 % называются чугунами. В зависимости от состояния углерода в чугуне различают: белый, половинчатый и серый чугуны. Белым называется чугун, в котором при комнатных температурах весь углерод находится в связанном состоянии – в форме цементита (Ц). Такой чугун в изломе дает белый цвет и характерный металлический блеск. Серый чугун содержит углерод в виде графита (Г), содержание углерода в виде цементита может быть не более 0.8

%. Излом детали из серого чугуна имеет серый цвет. В половинчатом чугуне часть углерода находится в форме графита, но при этом не менее 2 % С – в форме цементита. По строению металлической основы чугун разделяют на серый перлитный чугун (Ц + Г); серый ферритно-перлитный чугун (Ф + П + Г) и серый ферритный чугун – Ф + Г. Металлическая основа в этих чугунах похожа на структуру эвтектоидной, доэвтектоидной сталей и технического железа. Следовательно, по структуре данные чугуны отличаются от стали графитовыми включениями, определяющими специфические свойства чугунов. Графит в чугунахможет быть в трех основных формах: пластинчатой, шаровидной и хлопьевидной. В обычном чугуне графит находится в виде прожилок, лепестков, пластин. В высокопрочных чугунах, выплавленных с присадкой небольшого количества магния (до 5 %), включения графита приобретают форму шара. И, наконец, если при отливке получить белый чугун, а затем, используя неустойчивость цементита, с помощью отжига разложить его, то образующийся графит приобретает компактную, почти равноосную, но не округлую форму. Такой графит называют хлопьевидным или углеродом отжига. Чугун с таким графитом называется ковким чугуном.

Обработка результатов

Таблица 1 – Снимки с микроскопа Стали №1 при различных увеличениях

Таблица 2 – Анализ микроструктуры Стали №1 для увеличения 400х

На фотографии Стали №1 видны три структуры: феррит (светлые зёрна), перлит (тёмно-зелёные зёрна), межзёренная граница. Сталь №1 – доэвтектоидная сталь. Прямоугольник 0.02-0.8-S-P на рисунке 1.

Таблица 3 – Снимки с микроскопа Стали №8 при различных увеличениях

Таблица 4 – Анализ микроструктуры Стали №8 для увеличения 400х

На фотографии Стали №8 видны зёрна перлита по всему объёму. Сталь №8 – эвтектоидная сталь. Точка S на рисунке 1.

Таблица 5 – Снимки с микроскопа Чугуна №4 при различных увеличениях

Таблица 6 – Анализ микроструктуры Чугуна №4 для увеличения 400х

На фотографии Чугуна №4 видны 2 структуры: ледебурит и цементит (пластинчатой формы). Чугун №4 – белый заэвтектический чугун. Белый чугун получают путём быстрого охлаждения отливки, которая в результате получается неоднородной по своему составу. Нужна также температура 400- 700 градусов по Цельсию.

Таблица 7 – Снимки с микроскопа Чугуна № при различных увеличениях

Таблица 8 – Анализ микроструктуры Чугуна № для увеличения 400х

На фотографии Чугуна №5 видны 3 структуры: феррит, перлит и графит (пластинчатой формы). Чугун №5 – серый чугун с ферритно-перлитной основой с графитовыми включениями пластинчатой формы. Серые чугуны получают из литейных доменных чугунов с добавкой в состав шихты чугунного лома. Серый чугун получают при добавлении в расплавленный металл веществ, способствующих распаду цементита и выделению углерода в виде графита.

Выводы

Таким образом, в данной работе были сделаны фотографии поверхностей нескольких образцов стали и чугуна. Далее был проведён анализ поверхностей, и проведено определение типа чугуна и стали для нескольких из исследованных образцов.