- •Иркутский государственный технический университет металловедение чёрных сплавов
- •Лабораторная работа 1 Диаграмма состояния «железо – углерод»
- •Значение диаграммы состояния «железо – углерод»
- •Компоненты и фазы системы «железо – углерод»
- •Физический смысл точек и линий диаграммы
- •Строение железоуглеродистых сплавов
- •8 Полиморфные превращения
- •Влияние растворимости углерода на структуру сплава
- •9 Распад аустенита при охлаждении
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 2 Изучение микроструктуры и свойств углеродистых сталей и чугунов
- •Влияние постоянно присутствующих примесей на свойства сталей
- •Структурные составляющие в сталях
- •Влияние углерода на свойства стали
- •Технически чистое железо
- •14 Классификация и маркировка сталей
- •Дефекты сталей
- •Оборудование, инструменты и материалы для выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Оборудование, инструменты и материалы для выполнения работы
- •Методические указания и порядок выполнения работы
- •Закалка
- •29 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 4 Строение сварного соединения
- •Микроструктура металла зоны термического влияния
- •Оборудование, инструменты и материалы для выполнения работы
- •Методические указания и порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Классификация легированных сталей
- •Конструкционные цементуемые стали
- •Конструкционные улучшаемые стали
- •Рессорно-пружинные стали
- •Шарикоподшипниковые стали
- •Конструкционные износостойкие стали
- •Коррозионно-стойкие хромо-никелевые стали
- •Жаропрочные стали
- •Инструментальные быстрорежущие стали
- •43 Штамповые стали для холодного деформирования
- •Штамповые стали для горячего деформирования
- •Оборудование, инструменты и материалы для выполнения работы
- •Методические указания и порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 6 Макроскопический анализ металлов и сплавов
- •Краткие сведения из теории
- •Оборудование, инструменты и материалы для выполнения работы
- •Оборудование, инструменты и материалы для выполнения работы
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Основные параметры цементации:
- •Оборудование, инструменты и материалы для выполнения работы
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •63 Список рекомендуемой литературы
- •Оглавление
Министерство образования и науки РФ
Федеральное агентство по образованию
Иркутский государственный технический университет металловедение чёрных сплавов
Лабораторный практикум
Издательство Иркутского государственного технического университета
2007
Металловедение черных сплавов. Лабораторный практикум. Составили: Константинова М.В., Николаева Е.П., Бузевич Г.И., Гусева Е.А. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. – 64 с.
В лабораторном практикуме, посвященном металловедению черных сплавов, представлены краткие сведения из теории, методические указания по выполнению лабораторных работ, контрольные вопросы. Приводятся правила классификации и маркировки сталей и чугунов, основы выбора режимов термической обработки с целью получения комплекса механических свойств, рассматривается влияние легирующих элементов на свойства сплавов, строение стального сварного шва. В работах 6, 7, 8, 9 рассматриваются общие теоретические вопросы металловедения, поэтому эти работы могут быть использованы для изучения любых металлических сплавов.
Лабораторный практикум предназначен для самостоятельной подготовки к лабораторным работам, а также для выполнения лабораторных работ по дисциплинам «Материаловедение», «Материаловедение и технология конструкционных материалов», «Металловедение и термическая обработка металлов» студентами очной и ускоренной форм обучения металлургических, механических, горных, энергетических и геологических специальностей.
Рецензент: канд. техн. наук, доцент С.Г. Донцова
Библиогр. 10 наимен. Ил. 14. Табл. 15.
Лабораторная работа 1 Диаграмма состояния «железо – углерод»
Цель работы: ознакомиться с диаграммами состояния «железо – углерод» и «железо – цементит», основными фазовыми и структурными превращениями, протекающими в железоуглеродистых сплавах при различных переохлаждениях и концентрациях углерода.
Значение диаграммы состояния «железо – углерод»
Диаграмма «Fe – C» является основой для изучения и практического применения сплавов железа с углеродом. Строение железоуглеродистых сплавов можно изменять в широких пределах. Основными методами управления структурой железоуглеродистых сплавов являются изменения химического состава, условий затвердевания, пластической деформации, термической и термомеханической обработок. Меняя фазовый состав, величину, форму, распределение и дефектность кристаллов, можно широко варьировать и свойствами железоуглеродистых сплавов.
Компоненты и фазы системы «железо – углерод»
Железо– металл полиморфный, который при обычном давлении может существовать в нескольких модификациях. На рисунке 1.1, а показана кривая охлаждения чистого железа. До 911 ºС (точка А3) существует-железо с объемно центрированной кубической решеткой (ОЦК) с периодом решетки 0,286 нм;-железо ферромагнитное, но при температуре 768 ºС (точка Кюри, А2) переходит в парамагнитное состояние без изменения свойств. В интервале температур 9111392 ºС существует-железо с гранецентрированной кубической решеткой (ГЦК) с периодом 0,364 нм, а выше 1392 ºС (А4) – железо с ОЦК решеткой с периодом 0,293 нм, которое обозначают как-железо. Решетка ГЦК более компактна, чем ОЦК, поэтому при полиморфном переходеFeFeобъем железа уменьшается приблизительно на 1%.
Углерод в обычных условиях находится в виде графита, но при высоких температурах и давлении может существовать в виде метастабильной модификации – алмаза. Графит имеет слоистую гексагональную решетку, электропроводен, не прочен.
Фазовых составляющих, илифаз– гомогенных частей системы определенного состава и агрегатного состояния, отделенных от остальных частей рассматриваемой системы поверхностями раздела, – в железоуглеродистых сплавах различают пять:жидкий расплав (раствор), графит, цементит, аустенит, феррит.
Ф
3
а б
Рис. 1.1. Кривая охлаждения железа (а) и диаграмма состояния «железо-углерод» (б)
личается высокой твердостью, хрупкий, температура плавления при нагревании лазерным лучом установлена равной 1260 ºС. При нагревании цементит распадается на графит и феррит.
Основной причиной появления в сплавах железа с углеродом высокоуглеродистой метастабильной фазы в виде цементита являются трудности формирования графита. Образование графита в жидком растворе и твердых растворах и связано с практически полным удалением атомов железа из участков сплава, где зарождается и растет графит. Оно требует значительных атомных передвижений. Если железоуглеродистые сплавы охлаждаются медленно или длительно выдерживаются при повышенных температурах, атомы железа успевают удалиться из мест, где формируется графит, и тогда возникают стабильные состояния. При ускоренном охлаждении и недостаточных выдержках удаление малоподвижных атомов железа задерживается, почти все они остаются на месте, и тогда в жидких и твердых растворах зарождается и растет цементит.
Фазовые состояния и структурные превращения железоуглеродистых сплавов в зависимости от состава и температуры описываются диаграммами стабильного или нестабильного равновесия. Эти диаграммы характеризуют превращения в системах «железо – углерод» или «железо – цементит», соответственно.
В стабильном состоянии в железоуглеродистых сплавах встречаются жидкий раствор углерода в железе, -, -, -твердые растворы углерода в модификациях железа (феррит, аустенит) и графит.
На рис. 1.1, б представлена метастабильная диаграмма состояния «Fe–Fe3C». Содержание углерода в диаграмме ограничивается 6,67%, при котором образуется карбид железа (Fe3C).