Medvedev_9587_Lab_3

Цель работы:

Изучить влияние термической обработки на механические свойства сталей и изучить микроструктуры сплавов Fe-C.

Теоретические положения

Часть фазовой диаграммы системы железо-углерод представлена на рисунке 1.

Чистое железо при нагревании претерпевает два изменения кристаллической решетки прежде, чем будет достигнута температура плавления.

Стабильная форма железа, существующая при комнатной температура,

называется ферритом или альфа железом. Он представляет собой твердый раствор углерода и других элементов в альфа-железе. Наибольшее содержание углерода, которое может раствориться в феррите это 0,04%. Феррит мягок и сильно тягуч. Твердость HB= 60-100.

При нагревании до 9120C в железе наблюдается переход: феррит превращается в аустенит или γ железо, с гранецентрированной кристаллической решеткой. Существует до 13940C и при этой температуре происходит обратный полиморфный переход в материал с объемно-центрованной решеткой,

называемой δ-ферритом. Все эти превращения происходят при движении вдоль левой вертикальной оси фазовой диаграммы 1. При концентрации 6,70%

образуется промежуточное соединение карбида железа или цементит.

Цементит представляет собой химическое соединение железа с углеродом – карбид железа. Выделяется из жидкого и твердого раствора при медленном охлаждении. Цементит весьма тверд и хрупок. Твердость HB=800-820.

2

Рисунок 1. (Фазовая диаграмма системы железо-карбид железа)

Углерод внедряется в железо и образует твердые растворы с и ферритами, а также с аустенитом, что обозначено как , , и однофазные поляна рис.1.

Микроструктура стали эвтектоидного состава, образованная при медленном охлаждении, состоит из чередующихся слоев (ламелей) двух фаз –

и карбида железа. Такая микроструктура называется перлитом, показанная для точки b на рисунке 2, поскольку по внешнему виду она напоминает перламутр,

рассматриваемый под микроскопом с небольшим увеличением.

Перлитная структура видна в виде зерен, образующих структуру. В

пределах каждой такой колонии слои ориентированы примерно водинаковом направлении, но ориентация изменяется от колонии к колонии.

Толстые светлые слои представляет собой фазу феррита, а цементит выглядиткак тонкие слои, как правило темного цвета. По своим свойствам перлит обладает характеристиками, промежуточными между пластичным ферритом ижестким хрупким цементитом.

3

Рисунок 2. (Схематическое представление микроструктур для сплавов)

железа с углеродом эвтектического состава.

Структура стали с содержанием углерода 0,83% состоит из сплошного перлита и называется эвтектоидной; при меньшем содержанииуглерода структура стали состоит из перлита и феррита и носит название доэвтектоидной, а при большем содержании углерода — из перлита и цементита и называется заэвтектоидной.

Сплав с составом содержащий углерод между концентрациями 0,022 и

0,76% называется гипоэвтектоидным сплавом. Феррит, присутствующий в перлите, называется эвтектоидным ферритом.

При быстром охлаждении или закалке сплава железо-углерод с аустенитной структурой до сравнительно низких температур может образоваться еще один микрокомпонент, называемый мартенситом. Он отличается весьма большой твердостью и хрупкостью.

Ледебурит представляет собой эвтектическую смесь аустенита и цементита. Он содержит углерода 4,3%. Образуется при затвердевании жидкого сплава с содержанием углерода свыше 2%.

4

Обработка результатов

1. Образец №1

Рисунок 3 (Фото образца №1 под микроскопом №1)

Рисунок 4 (Фото образца №1 под микроскопом №2)

Анализ: это доэвтектоидная сталь с её феррито-перлитной структурой, так как присутствуют светлые зёрна ферритатёмные — перлита.

5

2. Образец №2

Рисунок 5 (Фото образца №2 под микроскопом №1)

Рисунок 6. (Фото образца №2 под микроскопом №2)

Анализ: на данных фото видны вкрапления цементита в непрерывной фазе α–феррита, следовательно это зернистый перлит, который наблюдается (при наименьшем увеличении) в виде светлых и тёмных полос.

6

3. Образец №3

Рисунок 7 (Фото образца №3 под микроскопом №1)

Рисунок 8 (Фото образца №3 под микроскопом №2)

Анализ: на мой взгляд, присутствует перлит (тёмные части) и протоэвтектоидный феррит (светлые части), следует, что это доэвтектоидная сталь.

7

4. Образец №4

Рисунок 9 (Фото образца №4 под микроскопом №1)

Рисунок 10 (Фото образца №4 под микроскопом №2) Анализ: судя по цветовой гамме и некоторым чертам, перед нами

углеродистаясталь, состоящая из аустенита и феррита.

8

5. Образец №5

Рисунок 11(Фото образца №5 при наибольшем увеличении)

Анализ: на фото можно различить перлит (крупные темные зерна), вторичный цементит (белая составляющая) и ледебурит перлитный – ячеистая составляющая, в котором на белом цементитом поле располагаются мелкие темные включения перлита), от сюда, по моему мнению, возможно заявить, что на фото доэвтектический белый чугун.

Вывод:

В данной лабораторной работе мы изучили микроструктуры железоуглеродистых сплавов, а также провели анализы касательно видов сплавов каждого образца на основе сделанных под микроскопом фотографий.

9