Порядок виконання робота

1. Вивчити технологію виготовлення мікрошліфів.

2. Виконати шліфування й полірування зразків.

3. Вибрати потрібний реактив і протравити шліф.

4. Визначити якість мікрошліфа під мікроскопом.

5. Замалювати структуру зразка.

6. Вивчити будову мікроскопа і правила користування ним.

7. За допомогою об'єкт-мікрометра визначити збільшення мікроскопа й ціну поділки шкали окуляра.

8. Визначити розмір кристалів бабіту Б83.

9. Зробити висновки за виконаною роботою.

Рисунок 2.1  Оптична схема мікроскопа МИМ7: 1  лампа; 2  колектор; 3, 16, 18  дзеркала; 4  світлофільтр; 5  апертурна діафрагма; 6, 10  лінзи; 7  фотозатвор; 8  польова діафрагма; 9  пентапризма; 11  відбивна пластинка; 12  об’єктив; 13  площина предмета; 14  ахроматична лінза; 15  фотоокуляр; 17  матова пластинка; 19  окуляр; 20  вкладний аналізатор; 21  поляризатор

Запитання для самоперевірки

1. Які завдання розв'язують за допомогою мікроаналізу?

2. Яка послідовність виконання мікроаналізу?

3. Опишіть порядок шліфування та полірування зразків.

4. Чому не дозволяється розігрівати зразки при шліфуванні?

5. Як попередити завал країв шліфа?

6. Для чого змивають поверхню шліфа перед поліруванням?

7. З якою метою виконують травлення шліфів?

8. Які елементи структури добре або задовільно видно під мікроскопом на нетравлених шліфах?

9. В яких реактивах виконується травлення шліфів?

10. Який порядок травлення шліфів до найкращого вияву структури?

11. Чим відрізняються металографічні мікроскопи від біологічних?

12. Які основні та допоміжні пристрої входять до складу мікроскопа?

13. Поясніть поняття «роздільна здатність мікроскопа».

14. Як визначити загальне збільшення мікроскопа?

15. Чому дорівнює максимальне збільшення мікроскопа при роботі із сухими та імерсійними об'єктивами?

16. Як визначити збільшення мікроскопа за візуальним спостереженням?

17. Яким способом визначають збільшення мікроскопа при фотографуванні?

18. Як установити ціну поділки шкали окуляра за об'єкт-мікрометром?

19. Як визначити глибину азотованого шару?

20. Як установити розмір зерна за фотографією мікроструктури?

Література: [3, с. 26; 4, с.25].

Лабораторна робота №3 Структура сталі у зрівноваженому стані

Мета роботи: ознайомитися зі структурами вуглецевих сталей у зрівноваженому стані; набути навичок роботи з металографічним мікроскопом; навчитися визначати кількість вуглецю у відпаленій доевтектоїдній сталі за мікроструктурою.

Устаткування, інструменти, матеріали

Металографічний мікроскоп, ексикатор із комплектами мікрошліфів, плакати з мікроструктурами сталей, циркуль і трафаретні лінійки.

Основні відомості про структуру сталей у зрівноваженому стані

Структура у зрівноваженому (відпаленому) стані визначається вмістом вуглецю і показана на діаграмі стану «залізовуглець» (рис. 3.1), на якій суцільними лініями зображено діаграму «залізоцементит» (FеFе₃С), а пунктирними — «залізографіт». Перша будується за відносно швидким охолодженням (кілька градусів за хвилину), а друга — за дуже повільним охолодженням, близьким до зрівноваженого.

Рисунок 3.1  Діаграма стану «залізовуглець»

У залізовуглецевих сплавах зустрічаються одно- та двофазні структурні складові. До однофазних відносять ферит, аустеніт, цементит і графіт, а до двофазних — перліт та ледебурит.

Ферит — це твердий розчин вуглецю в α-залізі, має кристалічну кубічну об’ємноцентричну ґратку. Максимальна розчинність вуглецю в α-залізі — близько 0,006% при 20°С та 0,02% при 727°С. Ферит магнітний, м'який, пластичний, міцність 300 МН/м², твердість за Брінелем 80–100 НВ, відносне подовження 40%, порівняно електро- і теплопровідний.

Аустеніт — твердий розчин вуглецю в γ-залізі, має гранецентричну кубічну ґратку. Максимальна розчинність вуглецю в аустеніті при 1147°С — 2,14%, найменша — при 727°С — 0,8%. Аустеніт не магнітний, м'який, пластичний, добре кується, твердість за Брінелем 200 НВ, відносне подовження складає 20%.

Цементит — карбід заліза, хімічна сполука Fе₃С, має 6,67% вуглецю за масою і кристалічну октаендричну ґратку. Залежно від умов утворення розрізняють первинний, вторинний і третинний цементит. Первинний виділяється із рідкої фази, вторинний — з аустеніту, третинний — із фериту. Цементит крихкий, твердість 800 НВ, мала пластичність.

Графіт — різновид вуглецю, має гексагональну ґратку. Він темно-сірого кольору, з температурою плавлення близько 3850°С, густиною 2,2 г/см³, низькими твердістю та міцністю.

Перліт — це евтектоїдна суміш фериту й цементиту. Він утворюється з аустеніту при 727°С і містить 0,8% вуглецю. Залежно від форми зерен розрізняють пластинчастий та зернистий перліт. Кращі властивості має зернистий перліт.

Ледебурит — це евтектична суміш зерен аустеніту й цементиту, утворюється з рідкої фази з 4,3% вуглецю при 1147°С. За температури, вищої від 727°С, ледебурит складається з аустеніту і цементиту, а нижчої — із перліту та цементиту. Ледебурит надає залізовуглецевим сплавам крихкість, але поліпшує ливарні властивості, має твердість 700 НВ і малу пластичність.

Сплави системи «залізовуглець» поділяють на залізо, доевтектоїдні, евтектоїдні й заевтектоїдні сталі та чавуни.

Залізо високої чистоти — це метал білого кольору з феромагнітними властивостями. Міцність заліза 250 МН/м², твердість 60–80 НВ, відносне подовження 40–50%. Залізо має структуру чистого фериту. Сюди належить і електролітичне залізо. Сплави заліза з вуглецем до 0,02% нерідко відносять до заліза, але вони є двофазні. Їх структура складається з фериту та третинного цементиту (рис. 3.2). Він присутній у вигляді тонкої сітки по межах зерен і помітно впливає на пластичність заліза.

Рисунок 3.2  Структура відпаленої сталі: а  технічне залізо; б  сталь 20; в  сталь 40; г  сталь У8; д  сталь У12; е  сталь У12 із зернистим цементитом

Доевтектоїдні сталі містять від 0,02 до 0,8% вуглецю і мають структуру ферито-перлітну. З підвищенням умісту вуглецю кількість фериту зменшується, а перліту — збільшується і при 0,8% вуглецю — перліту 100%. Уміст вуглецю у відпаленій доевтектоїдній сталі для практичної мети можна з достатньою точністю визначити за мікроструктурою. Приймемо ферит за практично чисте залізо і будемо вважати, що в перліті вуглецю 0,8%.

Тоді

Наприклад, якщо за мікроаналізом установлено, що перліт на мікрошліфі (темні зерна) займає 60% площі, а ферит 40%, то вміст вуглецю в сталі складає 0,48%.

Евтектоїдна сталь з 0,8% вуглецю має структуру, що складається з евтектоїду — перліту. Під мікроскопом поле шліфа затемнене і при великому збільшенні (500 та більше разів) видно пластинчасту будову перліту. Темні пластинки видимі на зразку під мікроскопом — це тіні від пластинок цементиту, що виникають після травлення шліфа. Нерідко у лавах зустрічається перліт із зернистою будовою. Сталь з такою структурою відрізняється кращою пластичністю та оброблюваністю різанням.

Заевтектоїдна сталь має більше ніж 0,8% вуглецю. Складається з перліту та вторинного цементиту, що утворився з аустеніту в разі зменшення розчинності вуглецю в γ-залізі. За правильного теплового режиму термічної обробки та обробки тиском вторинний цементит присутній у вигляді дрібних зерен, вкраплених у перліт. Але можливе виділення цементиту у вигляді сітки по межах зерен перліту (на мікрошліфі світла сітка), що погіршує властивості сталі. Це виникає після закінчення гарячої обробки тиском за занадто високої температури або перепалу з нагрівом вище точки Ас_т.

Таблиця 3.1 – Зразки вуглецевих сталей

Позна- чення	Назва	Уміст вуглецю, %	Мікроструктура
Армко	Технічне залізо армко	до 0,02	Ф 100%
Ст 3	Сталь звичайної якості	0,20	Ф 75% П 25%

Продовження таблиці 3.1

Позна- чення	Назва	Уміст вуглецю, %	Мікроструктура
Ст 6	Арматура А-ІІІ	0,44	Ф 45% П 55%
Сталь 60	Якісна конструк-ційна сталь	0,60	Ф 25% П 75%
У 8	Інстру-ментальна евтекто-їдна сталь	0,80	П 100%
У 12	Інструмен-тальна заевтекто-їдна сталь марки У 12	1,20	П, Ц2 у вигляді сітки по межах зерен
У 12	Інстру-ментальна заевтек-тоїдна сталь марки У 12	1,20	П, Ц2 зернистий
Зразок невідо-мої сталі	Доевтекто-їдна вуглецева сталь	Необхідно визначити	Указати мікро-структуру, вміст вуглецю та марку сталі