- •Методические указания
- •Анализ кристаллического строения
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Исследование строения металлических материалов методом макроскопического анализа (макроанализа)
- •Цель работы:
- •Приборы, материалы и инструмент
- •Краткие теоретические сведения
- •Задание
- •Задание
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Испытание материалов на твердость
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Анализ диаграмм состояния двухкомпонентных систем Цель работы
- •Приборы, материалы и инструмент
- •Краткие теоретические сведения
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Построение диаграммы состояния рь-sь
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Исследование влияния на твердость металла
- •Задание
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание письменного отчета
- •Контрольные вопросы
- •Изучение влияния структуры материала
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Исследование влияния легирующих
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Исследование влияния цементации
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Определение режимов термической обработки дуралюмина, отвечающих максимальной твердости сплава Цель работы
- •Приборы, материалы и инструмент
- •Краткие теоретические сведения
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Задание
1. Изучить методику определения температур кристаллизации РЬ, SЬ и сплавов РЬ-SЬ (с построением кривых охлаждения) и методику построения диаграммы состояния РЬ-SЬ.
2. Провести наблюдение за процессом охлаждения РЬ, SЬ и сплавов РЬ-SЬ, Результаты наблюдения занести в протокол испытания (табл. 7.1).
3. Построить кривые охлаждения данных металлов и сплавов.
4. Построить диаграмму состояния РЬ-SЬ.
5. Написать отчет по работе в соответствии с п.п. 2-4.
Таблица 7.1 – Протокол испытания
100% РЬ |
5% SЬ |
13% SЬ |
20% SЬ |
40% SЬ |
80% SЬ |
100% SЬ | |||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1. В чем сущность определения температур кристаллизации металлов и сплавов термическим методом?
2. Опишите установку и последовательность определения температур кристаллизации РЬ, SЬ и сплавов РЬ-SЬ.
3. Опишите методику построения диаграммы состояния РЬ-SЬ.
4. Какой тип диаграммы состояния образует сплав РЬ-SЬ?
Лабораторная работа 8
ИССЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ УГЛЕРОДИСТЫХ
СТАЛЕЙ В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ
МЕТОДОМ МИКРОАНАЛИЗА
Цель работы
Изучить микрострутуру углеродистой стали с различным содержанием углерода.
Установить связь между структурой и содержанием углерода в стали.
Приборы, материалы и инструмент
1. Металлографический микроскоп.
2. Набор микрошлифов технического железа и углеродистых сталей с различным содержанием углерода в равновесном состоянии.
3. Циркуль и линейка,
4. Атлас микроструктур.
Краткие теоретические сведения
Микроструктура технического железа и углеродистых сталей в равновесном состоянии характеризуется нижней левой частью диаграммы состояния Ре-С (рис. 8.1). Сплавы с содержанием до 0,02 %С называются техническим железом, от 0,02 до 0,8 %С дозвтектоидными сталями. Сплав с содержанием 0.8 %С называется эвтектоидной сталью; с содержанием от 0,8 до 2.14 %С заэвтектоидными сталями.
Железо и углерод образуют в сталях следующие структуры (фазы).
1. Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в γ-Fе (железо имеет ГЦК решетку). Растворимость углерода в ГЦК решетке железа зависит от температуры и составляет при 727°С 0,8 %, а при 1147 °С – 2,14 %. Аустенит имеет низкую твердость, которая зависит от температуры и содержания углерода, и высокую пластичность (δ = 50 %).
Рисунок 8.1 – Нижняя левая часть диаграммы состояния Fе-С |
Феррит – твердый раствор внедрения углерода в α-Fе (железо имеет ОЦК решетку). Предельная растворимость углерода в ОЦК решетке железа составляет: при 20 °С – 0,006%, а при 727°С – 0,02 %. Феррит имеет низкую твердость (НВ 80...90) и высокую пластичность (δ = 50 % ). При просмотре в микроскоп ферритные зерна выглядят светлыми, разделенными темной сеткой границ зерен.
Цементит – химическое соединение углерода с железом Fе3С (карбид железа). Концентрация углерода в цементите всегда постоянна и составляет 6,67 %. Цементит обладает высокой твердостью (НВ 809) и низкой пластичностью, Он плохо травится в химических растворах и при просмотре в микроскоп наблюдается в виде светлых включений,
Перлит – механическая смесь (эвтектоид) феррита и цементита, получающаяся в результате распада аустенита с 0,8 %С. Феррит и цементит располагается в виде чередующихся пластинок. Твердость перлита составляет НВ 210, пластичность δ = 15 %. Травленый перлит в микроскопе выглядит более темным по сравнению с ферритом. При больших увеличениях можно наблюдать перлит как чередующиеся темные (цементит) и светлые (феррит) пластинки.
Микроструктура технического железа. Растворимость углерода в α-Fе зависит от температуры и изменяется по линии PQ (рис. 8.1). С понижением температуры она уменьшается от 0.02 %С (при 727 0С) до 0,006 %С (при 20°С). В связи с этим сплавы железа с содержанием до 0,006 %С имеют структуру только феррита (см. атлас микроструктур) (рис. 8.2 а).
Рисунок 8.2 – Схема микроструктур технического железа (а), доэвтектоидной (б), эвтектоидной (в) и зазвтектоидной (г) сталей
В сплавах с содержанием от 0,006 %С в связи с понижением растворимости углерода в α-Fe при понижении температуры из феррита выделяется цементит, называемый третичным (Ц,III). Третичный цементит выделяется по границам зерен феррита.
Микроструктура доэвтектоидной и эвтектоидной стали. Микроструктура доэвтектоидной стали (до 0.8 %С) состоит из феррита и перлита. После травления феррит выявляется в виде светлых полей, а перлит в виде полей полосчатого строения (рис. 8.2 б).
Колличество перлита и феррита в доэвтектоидной стали зависит от содержания углерода. С увеличением содержания углерода количество феррита уменьшается, а количество перлита увеличивается (атлас микроструктур).
По структуре доэвтектоидной стали можно приблизительно определить содержание в ней углерода, для чего нужно ориентировочно определить площадь (в процентах), занимаемую ферритом и перлитом. Так как в феррите растворено очень небольшое количество углерода, практически можно считать, что в доэвтектоидной стали весь углерод находится в перлите. Тогда содержание углерода С в стали можно определить по формуле:
где Fп - площадь, занимаемая перлитом.
Предположим, например, что 30 % всей площади занято ферритом, 70 % перлитом. Содержание углерода в такой стали будет
Микроструктура эвтектоидной стали (0,8 %С) состоит из одного перлита (см. рис. 8.2 в). В зависимости от скорости охлаждения пластины цементита в перлите могут быть длиннее или короче, толще или тоньше (см. атлас микроструктур).
Микроструктура заэвтектоидной стали. Сталь с содержанием углерода от 0,8 до 2,14 % называется заэвтектоидной и имеет структуру, состоящую из перлита и вторичного цементита (см. рис.8.2). Вторичный цементит (ЦII) выделяется из аустенита при охлаждении от температуры Аст (линия SЕ) до температуры Аr (линия РSК) (см. рис. 8.1).
При медленном охлаждении вторичный цементит выделяется в виде сетки по границам зерен аустенита. При достижении температуры Аг аустенит превращается в перлит. Образуется структура: вторичный цементит в виде сетки и зерна пластинчатого перлита. Чем больше углерода в заэвтектоидной стали, тем более массивной (толстой) получается цементитная сетка (см. атлас микроструктур).