1.2 Материалы, оборудование и принадлежности

Для выполнения работы необходимы: образцы углеродистой стали, наждачная бумага различной зернистости, 5%-й раствор серной кислоты, 20%-й раствор гипосульфита Na₂S₂O₃ (фиксаж), фотобумага, полированные шлифы образцов стали, реактивы для травления (4%-й раствор азотной кислоты в спирте), вата, фильтровальная бумага.

1.3 Ход работы

1.3.1 Проведение макроанализа (снятие серных отпечатков)

Поверхность образца тщательно прошлифовать наждачной бумагой. Затем промыть водой, протереть ватой, смоченной в спирте, для обезжиривания и удаления зерен абразивного материала. Лист фотографической бумаги (на свету) опустить в ванночку с 5%-м раствором серной кислоты Н₂SO₄ и выдержать 3 мин, после чего положить эмульсионной стороной на приготовленную поверхность образца.

Для удаления оставшихся между бумагой и поверхностью образца пузырьков воздуха произвести проглаживание бумаги рукой в течение 3 мин (не двигать!). Бумагу снять, промыть в проточной воде и положить в фиксаж на 10 мин, после чего снова промыть водой и высушить. Полученный серный отпечаток сравнить с эталонными серными отпечатками и сделать заключение о распределении серы в металле. Способ выявления серы по методу серных отпечатков основывается на том, что при взаимодействии сульфидов MnS и FeS с кислотой выделяется сероводород:

MnS + H₂SO₄ = MnSO₄ + H₂S; FeS + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂S.

Сероводород при действии на бромосеребряную соль дает сернистое серебро темного цвета:

H₂S + 2AgBr = Ag₂S + 2HBr.

Темные участки, образующиеся на фотобумаге, указывают форму и характер распределения включений сульфидов

1.3.2 Проведение микроанализа

Ознакомиться с устройством микроскопа.

Выбрать окуляр и объектив, обеспечивающие увеличение в пределах 100-200 раз, установить и рассмотреть структуру нетравленого шлифа. Зарисовать наблюдаемую структуру.

Протравить этот же шлиф, для чего опустить его полированной поверхностью в реактив и выдержать 5-8 с, вытереть спиртом и высушить с помощью фильтровальной бумаги.

Изучить выявленную структуру под микроскопом, зарисовать и охарактеризовать ее.

Изучить шлифы из коллекции (по указанию преподавателя), зарисовать и охарактеризовать структуру.

1.4 Содержание отчета

Отчет должен содержать: название работы и ее цель, краткие теоретические сведения с указанием назначения и задач макро- и микроанализа, методики приготовления и травления макрошлифов, отпечаток на серу с заключением о качестве исследованных металлов, рисунки всех изученных микроструктур, описание структур.

Лабораторная работа 2

МИКРОСТРУКТУРА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ

Цель работы – изучить микроструктуру углеродистых сталей в условиях равновесия в соответствии с диаграммой состояния системы «железо – карбид железа».

2.1 Краткие теоретические сведения

Углеродистыми сталями называют сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14%С. Структура их в равновесном состоянии определяется содержанием углерода, как это показывает диаграмма состояния, сплавов «железо – карбид железа» (рис. 2).

Структурные составляющие системы следующие.

Однофазные структуры

Феррит – твердый раствор внедрения углерода в α-железе. Наибольшая растворимость углерода в феррите – 0,025%. Кристаллическая решетка – объемноцентрированный куб. Феррит – самая мягкая и пластичная составляющая в системе. Твердость феррита НВ 100. Феррит имеет зернистое (полиэдрическое) строение. После травления в 4%-м спиртовом растворе азотной кислоты зерна феррита окрашены в желтый цвет.

Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе. Наибольшая растворимость углерода в аустените – 2,14%. Кристаллическая решетка – гранецентрированный куб.

Цементит (карбид железа) – химическое соединение железа с углеродом, содержащее 6,67% С. Цементит является самой твердой фазой в рассматриваемой системе и его твердость достигает НВ 1000, но при этом обладает высокой хрупкостью. Кристаллическая решетка цементита – октаэдрическая. Под микроскопом он имеет ярко-белый цвет после травления в 4%-м спиртовом растворе азотной кислоты.

Рисунок 2 – Диаграмма состояния Fe – Fe₃C

Двухфазные структуры

Перлит – эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита, содержит 0,80% С. Его твердость НВ 180-200. Перлит, как двухфазная структура, при воздействии реактива (4%-й спиртовой раствор азотной кислоты) на микрошлиф травится интенсивнее, чем феррит. При относительно небольших увеличениях (менее 300 раз) зерна перлита имеют коричневый цвет неодинаковой интенсивности (от зерна к зерну). При увеличениях более 300–400 раз различается отчетливое пластинчатое строение перлита в виде чередующихся светлых и темных (коричневых) пластин.

В доэвтектоидной стали перлит в большинстве случаев имеет пластинчатое строение, темные пластинки, видимые в перлите, представляют тени, отбрасываемые на участки феррита выступающими после травления пластинками цементита. В заэвтектоидной стали перлит чаще всего имеет зернистое строение. Структура эвтектоидной стали (0,80% С) состоит из перлита.В зависимости от условий охлаждения перлит может быть пластинчатым или зернистым.

В заэвтектоидной стали наряду с перлитом присутствует вторичный цементит, выделяющийся из аустенита при охлаждении вследствие уменьшения растворимости углерода в железе. При правильном выполнении предшествующей обработки (ковки, отжига) вторичный цементит присутствует в виде мелких зерен, равномерно распределенных в основной массе перлита. Дефектом заэвтектоидной стали является выделение вторичного цементита в виде сетки по границе зерен.