- •Сибирский государственный
- •Предисловие
- •Введение
- •Советы студентам
- •Правила техники безопасности при работе в термической и металлографической лабораториях.
- •Лабораторная работа № I макроскопический метод исследования металлов и сплавов
- •Теоретические сведения Характеристика макроанализа и области его применения
- •Макроанализ изломов
- •Макроанализ шлифов
- •Выявление ликвации серы
- •Выявление ликвации фосфора
- •Выявление макроструктуры
- •Выявление дефектов, нарушающих сплошность металла
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Варианты заданий
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2 микроскопический анализ машиностроительных материалов
- •Теоретические сведения Принцип действия светового микроскопа
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №3 механические свойства сплавов
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №4 построение диаграммы состояния сплавов «олово - цинк» термическим методом
- •Теоретические сведения Назначение и сущность термического анализа
- •Экспериментальная часть работы
- •Методика построения диаграммы состояния сплавов «олово цинк»
- •Изучение процессов кристаллизации и микроструктур сплавов «олово - цинк»
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №5 изучение диаграмм состояния двойных систем
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Приложение I
- •Лабораторная работа № 6 изучение диаграммы состояния сплавов железа с углеродом
- •Теоретические сведения Основные свойства железа
- •Диаграмма фазового равновесия «железо - углерод»
- •Основные фазы, области, линии и точки диаграммы
- •Построение кривых охлаждения сплавов заданной концентрации с использованием диаграммы состояния
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7 изучение микроструктуры углеродистых сталей и чугунов в равновесном состоянии
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Изучение микроструктуры легированных сталей в равновесном состоянии
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №9 термическая обработка углеродистых сталей
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа № 10 изучение микроструктур сплавов на основе алюминия
- •Теоретические сведения
- •Принципы термического упрочнения алюминиевых сплавов
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №11 изучение микроструктуры сплавов на основе меди
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12 изучение микроструктуры сплавов на основе титана
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Структура композитов с полимерной матрицей
- •Композиты с металлической матрицей
- •Определение объемной доли волокон в композите методом количественной металлографии
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 14 изучение структуры металла после пластической деформации и рекристаллизации
- •Теоретические сведения Влияние пластической деформации на структуру и механические свойства металлов и сплавов
- •Превращения в наклепанном металле при нагреве. Изменения его структуры и свойств
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные задания
- •Контрольные вопросы
Лабораторная работа № 6 изучение диаграммы состояния сплавов железа с углеродом
Цель работы: дать студентам запас знаний по данной диаграмме, необходимый для понимания сути процессов, происходящих при кристаллизации и последующем охлаждении же лез о углеродистых сплавов, а в дальнейшем - при их термообработке.
Теоретические сведения Основные свойства железа
ЖЕЛЕЗО- переходный ферромагнитный металл. Порядковый номер-26, атомная масса-55, 85, плотность-7784 кг/м3, (7,784 г/см3), температура плавления - 1539°С.
Чистое железо (99,9917%) имеет твердость по Бринеллю 490МПа (49 НВ). Технически чистое железо (99,9 - 99,8%) имеет твердость около 90 НВ, σВ = 300 - 350 МПа (30-35 кгс/мм2), δ = 35 - 40%.
Особо важным свойством железа является его аллотропия, т. е. наличие нескольких кристаллических модификаций.
Низкотемпературное α железо (ниже 910о С) и высокотемпературное δ - железо (выше 1392оС и до температуры плавления) имеют одинаковую объемно центрированную кубическую решетку (ОЦК). В интервале температур 910 – 1392оС стабильным является γ - железо с гранецентрированной кубической решеткой (ГЦК). Feβ является немагнитной разновидностью Feα (при превращении α↔β в точке Кюри А2 при температуре 768о пространственная решетка не меняется).
С металлами железо образует твердые растворы замещения, а с углеродом, азотом, бором, водородом (имеющими малый радиус атомов) - твердые растворы внедрения.
Наиболее широкое применение в различных отраслях промышленности получили железоуглеродистые сплавы - стали и чугуны.
УГЛЕРОД- порядковый номер 6, атомная масса 12,011, имеет плотность 2300 кг/м3, температуру возгонки около 3500 °С, может находиться в двух аллотропических модификациях: графит и алмаз.
Углерод в сплавах с железом может существовать в виде цементита (карбида железа Fe3C) и в виде графита (свободный углерод). Цементит (800 НВ) является неустойчивым химическим соединением, имеет сложную орторомбическую кристаллическую решетку. При высокой температуре и продолжительной выдержке цементит распадается с образованием графита и аустенита. Этот процесс имеет важное практическое значение для высокоуглеродистых сплавов - чугунов. В сталях, где концентрация углерода сравнительно невысока, цементит имеет большую устойчивость.
Графит- углерод, выделяющийся в железоуглеродистых сплавах в свободном состоянии. Имеет гексагональную кристаллическую решетку. Графит электропроводен, химически стоек, малопрочен, мягок.
Диаграмма фазового равновесия «железо - углерод»
Среди диаграмм состояния металлических сплавов самое большое значение имеет диаграмма состояния системы Fe-С. Это объясняется тем, чтог в технике наиболее широко применяются железоуглеродистые сплавы. Современный вариант диаграммы состояния «железо - углерод» приведен на рис. 6.1. Характерной особенностью этой диаграммы является то, что на ней нанесены две системы одновременно:система Fe – Fe3C (железо - цементит)-метастабильная - и (железо - графит)-стабильная. Большое практическое значение имеет метастабильная диаграмма, т.к. с помощью этой диаграммы объясняют превращения, происходящие в сталях и белых чугунах. Диаграмма является основой для рационального выбора оптимальных режимов термической обработки железоуглеродистых сплавов.
Рис 6.1. Диаграмма состояния «железо-углерод»: I - метастабильная; 2 - стабильная