лабы / материалкалаб3
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра физической химии
отчет
по лабораторной работе №3
по дисциплине «Материаловедение»
ТЕМА: ИЗМЕРЕНИЕ МИКРОТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ
Студенты гр. 358 |
|
. |
|
|
. |
Преподаватель |
|
Карпов О. Н. |
Санкт-Петербург
2025
Основные теоретические положения
Рисунок
1 – диаграмма
В зависимости от температуры и содержания углерода сплавы железо - углерод могут иметь структурные составляющие: феррит, цементит, перлит, аустенит, ледебурит и графит.
Феррит представляет собой твердый раствор углерода в α-железе. При 723° С в α-железе может содержаться до 0,02% углерода, а при 20° С всего лишь 0,006% углерода. Феррит обладает высокой пластичностью, низкой твердостью (НВ 80-100), прочностью (σ = 25 кгс/мм2) и магнитными свойствами, которые сохраняются до температуры 768° С.
Цементит - химическое соединение железа с углеродом, т. е. карбид железа Fe3C. Цементит содержит 6,63% углерода и до 210°С сохраняет магнитные свойства. Цементит очень хрупкий и обладает твердостью НВ 760 800. В структуре стали и чугуна он находится в виде игл, отдельных включений и сетки, по границам зерен.
Перлит — это продукт распада аустенита при медленном охлаждении. Он может быть пластинчатым или зернистым. В нем содержится 0,8% углерода. Механические свойства перлита зависят от степени измельчения частичек цементита.
Ледебурит представляет собой эвтектику, состоящую из цементита и аустенита и образующуюся при кристаллизации жидкого сплава, который содержит 4,3% углерода. Ледебурит обладает высокой твердостью (НВ до 700) и хрупкостью.
Чистое железо плавится и затвердевает при 1539°С (точка А), а чугун, содержащий 4,3% углерода, - при 1130°С (точка С).
Графит - это кристаллическая разновидность углерода. Он имеет черный цвет и встречается в структуре чугуна и графитизированной стали.
Сталь — это сплав железа (Fe) с углеродом (C), где содержание углерода не превышает 2.14%.
Классификация стали:
1.По химическому составу:
1.1Углеродистые стали:
Низкоуглеродистые (до 0.25% C) — мягкие, пластичные
Среднеуглеродистые (0.25–0.6% C) — баланс прочности и пластичности
Высокоуглеродистые (0.6–2.14% C) — твёрдые, но хрупкие
1.2Легированные стали:
Низколегированные (до 5% легирующих элементов)
Среднелегированные (5–10%)
Высоколегированные (свыше 10%) — нержавеющие, инструментальные
2.По назначению:
Конструкционные (для строительства и машиностроения)
Инструментальные (для режущего инструмента)
Специальные (нержавеющие, жаропрочные)
3.По качеству (содержанию примесей):
Обыкновенного качества
Качественные
Высококачественные
Чугун — сплав железа (Fe) с углеродом (C), где содержание углерода превышает 2.14%. Углерод присутствует в виде графита или цементита (Fe₃C).
Классификация чугуна:
1.По форме графита:
Серый чугун (СЧ) — углерод в виде пластинчатого графита. Хрупкий, но легко обрабатывается
Высокопрочный чугун (ВЧ) — углерод в виде шаровидного графита
Ковкий чугун (КЧ) — углерод в хлопьевидной форме
2.По структуре металлической основы:
Перлитный (высокая твёрдость)
Ферритный (мягкий и пластичный)
Аустенитный (коррозионностойкий)
3.По назначению:
Литейный (для деталей сложной формы)
Антифрикционный (для подшипников)
Легированный (жаропрочный, износостойкий)
Цель работы
1.Изучить
микроструктуры сталей с различным
содержанием углерода и установить связь
между наблюдаемой микроструктурой и
диаграммой
2.Изучить структуру серых, высокопрочных и ковких чугунов и установить связь между условиями получения и микроструктурой чугунов.
Обработка экспериментальных данных
Образец №1:
Таблица 1 – снимки с микроскопа образца 1 при различных увеличениях
Увеличение 40х |
Увеличение 100х |
Увеличение 200х |
Увеличение 400х |
|
|
|
|
Анализ микроструктуры образца:
Таблица 2 – анализ микроструктуры образца 1 для выбранного увеличения
Название материала – образец №1 |
Увеличение 200х |
Феррит
Перлит |
Вывод – на фотографии микроструктуры вышеприведенного материала можно отметить следующие структурные составляющие 1) Феррит – светлые зерна, 2) Перлит – темные зерна. Согласно анализу микроструктуры материала, была исследована доэвтектиодная сталь.
Образец №2:
Таблица 3 – снимки с микроскопа образца 2 при различных увеличениях
Увеличение 40х |
Увеличение 100х |
Увеличение 200х |
Увеличение 400х |
|
|
|
|
Анализ микроструктуры образца:
Таблица 4 – анализ микроструктуры образца 2 для выбранного увеличения
Название материала – образец №2 |
Увеличение 40х |
Перлит |
Вывод – на фотографии микроструктуры вышеприведенного материала можно отметить следующие структурные составляющие 1) Пластинчатый перлит. Согласно анализу микроструктуры материала, была исследована эвтектоидная сталь.
Образец №3:
Таблица 5 – снимки с микроскопа чугуна при различных увеличениях
Увеличение 40х |
Увеличение 100х |
Увеличение 200х |
Увеличение 400х |
|
|
|
|
Анализ микроструктуры образца:
Таблица 6 – анализ микроструктуры чугуна для выбранного увеличения
Название материала – образец №3 |
Увеличение 40х |
Ледебурит
Перлит |
Вывод – на фотографии при увеличении 40х различаются темные зерна перлита, тусклые ледебурита. Таким образом, исследуемый материал – это доэвтектический чугун.
Образец №4:
Таблица 7 – снимки с микроскопа серого чугуна при различных увеличениях
Увеличение 40х |
Увеличение 100х |
Увеличение 200х |
Увеличение 400х |
|
|
|
|
Анализ микроструктуры образца:
Таблица 8 – анализ микроструктуры серого чугуна для выбранного увеличения
Название материала – образец №4 |
Увеличение 400х |
Феррит
Графит |
Вывод – на фотографии при увеличении 400х различаются темные хлопьевидные зерна графита, светлая матрица феррита. Таким образом, исследуемый материал — это серый чугун с хлопьевидным графитом, матрица ферритная.
Выводы
В ходе проведения данной лабораторной работы были изучены микроструктуры двух образцов сталей с различным содержанием углерода. Кроме этого, были установлены связи между наблюдаемой микроструктурой и диаграммой
Также была изучена структура серых, высокопрочных и ковких чугунов и установлена связь между условиями получения и микроструктурой чугунов.