6. Порядок выполнения работы

1. Изучить учебное пособие.

2. Ознакомиться с устройством микроскопа и установить увеличение х80 или х130.

3. Определить величину зерна в образце 1 методом визуального сравнения (ГОСТ 5630-65) и зарисовать его в квадратах 25х25 мм.

4. Определить тип неметаллических включений на образце 4 (ГОСТ 1778-57) и зарисовать.

5. Вычертить диаграмму состояния железо-углерод на развернутом листе бумаги.

6. Зарисовать условно структуру доэвтектоидных сплавов с различным количеством углерода (3 шт.), эвтектоидного и заэвтектоидного сплавов.

7. Определить количество углерода в образцах доэвтектоидной стали (ГОСТ 1050-74).

8. Установить взаимосвязь между углеродом и свойствами сплавов, построить графики по данным табл. 1 (справочные материалы).

9. Выполнить индивидуальное задание.

7. Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Диаграмма железо-углерод.

3. Схематическая зарисовка изучаемых структур стали.

4. Графики зависимости прочности, твердости, пластичности от количества углерода.

5. Выполнение индивидуального задания. Образец выполнения приведен в приложении.

8. Контрольные вопросы

1. Что изучается с помощью микроанализа?

2. Как определяется увеличение микроскопа МИМ-7.

3. Перечислить основные операции при подготовке микрошлифа.

4. Для чего используются протравленные и непротравленные шлифы?

5. Что понимается под равновесным состоянием сплава?

6. Перечислить и дать характеристику твердых растворов системы железо-углерод.

7. Дать характеристику эвтектоидной и эвтектической смесей в системе железо-углерод.

8. Что такое перлит и ледебурит? При каких условиях они образуются?

9. Какие фазы наблюдаются при температуре, соответствующей линиям РSК, ЕСF, PQ, ЕS?

10. Сколько углерода содержит каждая из фаз, присутствующая при температуре 723С (линии РSК) и 1130С (линия ЕСF)?

11. Применить правило отрезков в двухфазных областях диаграммы железо-углерод и построить кривую охлаждения для одного сплава.

12. Применить правило фаз Гиббса в критических точках диаграммы железо-углерод.

13. Зарисовать структуру стали 40, У10, У8 и технически чистого железа.

14. Как определить марку доэвтектоидной стали по структуре?

15. Как зависит твердость, прочность и пластичность стали от содержания углерода?

Лабораторная работа № 3

Диаграмма состояния железо-углерод. Структура, свойства

и применение чугунов

1. Цель работы

1. Изучить превращения в области чугунов диаграммы железо-углерод.

2. Приобрести навыки изучения микроструктур белых и серых чугунов.

3. Изучить зависимость свойств чугунов от их структуры.

2. Приборы, материалы, учебные пособия

1. Металлографический микроскоп.

2. Набор микрошлифов.

3. Альбом микроструктур, справочные материалы.

3. Структура, свойства и применение чугунов

Чугуны – сплавы железа с углеродом и с другими элементами с содержанием углерода более 2%.

П

2 4,3

роцессы кристаллизации и структурообразования в чугунах отражает подсистема диаграммы железо-углерод, которая изображена на рис. 1.

Рис. 1. Часть диаграммы железо-углерод, отображающая структуры чугунов.

Сплошные линии – метастабильная диаграмма, пунктирные – стабильная

Белые чугуны

Белые чугуны образуются при быстром охлаждении и их структура описывается метастабильной диаграммой.

Структура белых чугунов зависит от содержания углерода и они классифицируются по структуре и содержанию углерода следующим образом: чугуны с содержанием углерода до 4,3% (левее точки С) называются доэвтектическими, с содержанием углерода 4,3% (точка С) – эвтектическими, с содержанием углерода более 4,3% (правее точки С) – заэвтектическими.

Эвтектический белый чугун. Сплав 2.

В точке С при постоянной температуре 1130С происходит кристаллизация жидкости по реакции ЖсА_Е +Ц_F. Образующаяся смесь аустенита и цементита называется ледебуритом и представляет собою пластины цементита со столбиками аустенита в них. После окончания кристаллизации сплав будет охлаждаться далее. Содержание углерода в столбиках аустенита при охлаждении будет уменьшаться по линииSЕ. На линииPSKаустенит будет содержать 0,8% (т.S) и распадается на перлит.

Ниже линии РSК ледебурит будет состоять из пластин цементита и столбиков перлита в них. Пример структуры ледебурита изображен на рис. 2.

Рис. 2. Микроструктура ледебурита (а) и ее схематическое изображение (б)

Доэвтектический белый чугун. Сплав 1.

Чуть ниже линии АС (рис. 2) в жидкости возникают и растут зародыши аустенита. При произвольной температуре tсостав аустенита определяется проекцией точкиm, а жидкости – точкиnна ось концентраций, то есть состав аустенита в процессе кристаллизации изменяется по линии солидус АЕ, а состав жидкости – по линии ликвидус АС. Количество аустенита и жидкости при температуреtопределяется, как% и%. На линии ЕСFпроисходит кристаллизация ледебурита также как в сплаве 2. После окончания кристаллизации ледебурита сплав 1 состоит из зерен аустенита состава точки Е и ледебурита. При дальнейшем охлаждении сплава содержание углерода в зернах аустенита уменьшается по линииSЕ и углерод, выходящий на поверхность его зерен образует слой вторичного цементита. На линии РSК в аустените останется 0,8% С и аустенит распадется на перлит. Превращения в ледебурите при охлаждении сплава 1 полностью совпадают с превращениями в сплаве 2. После окончания перлитного превращения сплав 2 охлаждается до комнатной температуры и структура доэвтектического сплава 1 состоит из перлита+цементита вторичного+ледебурита и имеет вид, изображенный на рис. 3.

А

Ж

Рис. 3. Микроструктура белого доэвтектического чугуна и ее схематическое изображение

Заэвтектический белый чугун. Сплав 3.

Ниже линии СД (рис. 1) в сплаве будет происходить кристаллизация цементита первичного в виде пластин. При произвольной температуре tсостав жидкости определяется проекцией точкиkна ось концентрации, то есть состав жидкости изменяется по линии ликвидус СД. Количество жидкости и цементита первичного при температуре% и%. На линии ЕСFпроисходит кристаллизация ледебурита как и в эвтектическом сплаве 2. Все дальнейшие превращения в ледебурите будут аналогичны превращениям в эвтектическом сплаве 2 и конечная структура заэвтектического сплава 3 состоит из цементита первичного и ледебурита и изображена на рис. 4.

Рис. 4. Микроструктура белого заэвтектического чугуна и ее схематическое изображение

Применение белых чугунов

В своей структуре белые чугуны содержат большое количество цементита, обладающего высокой твердостью, прочностью, хрупкостью и имеющего белый цвет, чем и обусловлен цвет и название белых чугунов. Так, например, в сплаве 3 при комнатной температуре количество цементита в структуре равно %. Из-за большого количества цементита в своей структуре белые чугуны обладают высокой твердостью, износостойкостью, хрупкостью и поддаются обработке резанием только сверхтвердыми сплавами. Белые чугуны применяют в основном в виде слоя отбеленного чугуна на поверхности изделия, внутри которых кристаллизуется серый чугун вследствие замедления охлаждения, например, прокатные валки. Такие изделия имеют твердую износостойкую поверхность и более пластичную, вязкую сердцевину.

Белый доэвтектический чугун также используется в виде заготовок среднего литья, отжигаемых впоследствии на ковкий чугун.