Лаба микроструктуры сталии
.docx
МИНОБРНАУКИ
РОССИИ Санкт-Петербургский
государственный электротехнический
университет “ЛЭТИ” им. В. И. Ульянова
(Ленина) (СПбГЭТУ «ЛЭТИ»)
Кафедра физической химии
Отчет
по лабораторной работе № 4
по дисциплине «Материаловедение»
Тема: «Микроструктуры сталей после термической обработки»
|
|
|
Преподаватель |
|
Карпов О.Н. |
Студенты
гр. 2503
Санкт-Петербург
2024 г.
Цель работы. Ознакомление с микроструктурой конструкционной стали до и после термической обработки.
Приборы и материалы: металлографический микроскоп, коллекция микрошлифов конструкционной стали после термической обработки.
Основные теоретические положения.
Закалка — это вид термической обработки, при котором металл нагревается выше критической температуры и затем быстро охлаждается. Это увеличивает твердость и прочность металла.
Отпуск — это процесс, который следует за закалкой и включает нагрев до более низкой температуры, что приводит к снижению внутренних напряжений и увеличению пластичности и вязкости металла.
Нормализация — это процесс нагрева стали до аустенитного состояния с последующим охлаждением на воздухе. Это снижает внутренние напряжения и улучшает структуру стали.
Критическая скорость закалки — это минимальная скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит, необходимый для достижения требуемой твердости и структуры материала3.
Охлаждающие среды используются для контроля скорости охлаждения в процессе термической обработки.
Среда |
Применение |
Вода |
Быстрое охлаждение, высокая скорость закалки |
Масло |
Медленнее воды, используется для точной закалки |
Воздух |
Очень медленное охлаждение, используется для нормализации |
Микроструктуры:
Мартенсит: игольчатая структура, образуется при быстром охлаждении, характеризуется высокой твердостью.
Троостит: высокодисперсный перлит, темные участки в оптическом микроскопе, образуется при отпуске.
Сорбит: дисперсный перлит, более мелкодисперсный, чем перлит, образуется при более медленном охлаждении, чем троостит.
Обработка экспериментальных данных.
Таблица 1. Влияние термической обработки на микроструктуру стали 45
Микрофото образец № 1/2
ТО - Закалка |
|
Микрофото образец № 3/4
ТО – Неполная закалка |
|
сталь 45 – исходный образец
О |
|
Химический состав: 0,45% С
Температуры критических точек:
А1 = 730ºС А3 = 755ºС |
Структурные составляющие
1 - Феррит 2 - Перлит
|
|
|
|
|
Микрофото образец № 6
ТО - Нормализация |
|
Микрофото образец № 7/8
ТО – Закалка + выс. отпуск |
бразец
сравнения
Таблица 2 - анализ микроструктуры
Образец № 2 |
|
Термическая обработка - закалка |
|
Нагрев - 800ºС |
|
Охлаждение – холодная вода |
|
|
Структурные составляющие:
1 – Мартенсит (мелкоигольчатый) 2 – Феррит
|
Структурные превращения:
Сталь с исходной структурой перлит — феррит при нагреве приобретает аустенитную структуру, которая при последующем охлаждении со скоростью равной или выше критической превращается в мартенсит. |
|
Характерные размеры микроструктур:
Мелкоигольчатый мартенсит (качество фотографии не позволяет определить размеры) |
|
Ф
+ П Ф + А Ф + М
Образец № 4 |
|
Термическая обработка – неполная закалка |
|
Нагрев 740ºС |
|
Охлаждение – холодная вода |
|
|
Структурные составляющие:
1 – Феррит 2 – Мартенсит
|
Структурные превращения: Ф + П Ф + А Ф + М
Сталь с исходной структурой перлит — феррит при нагреве приобретает аустенитную структуру, которая при последующем охлаждении со скоростью равной или выше критической превращается в мартенсит. |
|
Характерные размеры микроструктур:
Размеры зерен феррита – 5-10 мкм Размеры зерен мартенсита – 10-25 мкм
|
|
Образец № 6 |
|
Термическая обработка – нормализация |
|
Нагрев - 840ºС |
|
Охлаждение - воздух |
|
|
Структурные составляющие:
1 – Феррит 2 – Перлит
|
Структурные превращения:
В результате нормализации структура стали становится более однородной и мелкозернистой. |
|
Характерные размеры микроструктур:
Размеры зерен феррита – 3-7 мкм Размеры зерен перлита – 5-10 мкм
|
|
Образец № 8 |
|
Термическая обработка – закалка + высокий отпуск |
|
Нагрев - 840ºС |
|
Охлаждение – холодная вода |
|
|
Структурные составляющие:
1 – Феррит 2 – Сорбит
|
Структурные превращения: Ф + П Ф + А Ф + М М Ф + Ц (сорбит) |
|
Характерные размеры микроструктур:
Качество фотографии не позволяет определить размеры
|
|
Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы были изучены микроструктуры сталей после термической обработки.
Наблюдаемая микроструктура материала, увеличенная в 400 раз, показывает изменения, которые соответствуют ожидаемым результатам термической обработки. То есть формирование новых фаз, изменение размера зерен, а также появление или исчезновение определённых структурных элементов. Такие изменения могут влиять на механические свойства материала, такие как твёрдость, прочность и пластичность.
Оптическая микроскопия эффективна для анализа микроструктур после термической обработки, но имеет ограничения в разрешении. Для более детального исследования лучше использовать методы, такие как сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) или трансмиссионная электронная микроскопия (ТЭМ).