Порядок выполнения работы

Ознакомиться с методическим пособием. Вычертить диаграмму «железо – цементит», подписать все точки, линии, поля диаграммы. Ответить на контрольные вопросы. Построить кривую охлаждения для сплава из жидкого состояния до комнатной температуры. Объяснить, какие фазовые и структурные превращения испытывает сплав при охлаждении. Концентрация углерода выбирается согласно своему варианту из таблицы 1.1 или задается преподавателем.

Таблица 1.1

Варианты индивидуальных заданий

Номер варианта	Содержание углерода, %	Номер варианта	Содержание углерода, %
1	0,05	13	1,60
2	0,12	14	2,30
3	0,16	15	2,50
4	0,20	16	2,80
5	0,35	17	3,00
6	0,40	18	3,50
7	0,50	19	3,80
8	0,60	20	4,20
9	0,80	21	4,50
10	1,00	22	5,00
11	1,20	23	5,50
12	1,40	24	6,0

Контрольные вопросы

1. К

   10

   акие диаграммы стабильного и метастабильного равновесия вы знаете? Почему они так называются?

2. Что называется фазой? Какие фазы существуют в сплавах железа с углеродом в случае стабильного равновесия? Охарактеризуйте каждую из кристаллических фаз.

3. Какие точки на диаграмме показывают температуры полиморфных превращений в железе?

4. Назовите точки диаграммы, отвечающие предельным содержаниям углерода в твердых растворах.

5. Что показывают линии ликвидус и солидус?

6. Перечислите изотермические превращения в системе «Fe – Fe₃C».

7. Какое влияние оказывает скорость охлаждения на формирование структуры сплавов?

Лабораторная работа 2 Изучение микроструктуры и свойств углеродистых сталей и чугунов

Цель работы:изучить равновесную структуру углеродистых сталей и чугунов, научиться определять содержание углерода в сталях по микроструктуре, установить взаимосвязь между структурой, свойствами, применением сталей и чугунов.

Сплав железа с углеродом менее 2,14% называется сталью. Кроме железа и углерода сталь содержит технологические добавки – кремний и марганец, вводимые при выплавке для раскисления, то есть для удаления вредных оксидов, особенно FeО. В процессе выплавки, несмотря на различные технологические приемы, в сталях остаются вредные примеси – фосфор и сера.

Влияние постоянно присутствующих примесей на свойства сталей

• Кремний раскисляет сталь по реакции: 2FeO + Si2Fe + SiO₂. В углеродистых сталях кремния 0,17÷0,37%. В таком количестве кремний полностью растворяется в феррите, увеличивая прочность и упругость, немного снижая вязкость и пластичность.

• Марганец вводится в сталь для ее раскисления по реакции:

FeO + Mn  Fe + MnO. Также марганец нейтрализует вредное влияние сульфида железа FеS. В углеродистых сталях марганца содержится 0,5÷0,8%. в таких количествах марганец немного повышает предел прочности, сопротивляемость стали истиранию, не оказывая заметного влияния на пластичность и вязкость.

• Ф

  11

  осфорявляется вредной примесью для сталей. Фосфор, растворяясь в феррите, резко снижает его вязкость, пластичность, повышает прочность. Это влияние сказывается при наличии фосфора больше 0,3%. Фосфор сильно ликвирует, создает участки, обогащенные фосфором, которые располагаются по границам зерен в виде фосфидной эвтектики (Fе₃Р + Fе). Границы зерен являются местом, где зарождаются трещины при низких температурах, возникает явление хладноломкости (свойство материала терять вязкость, хрупко разрушаться при понижении температуры).

• Сера – вредная примесь в стали. В любых количествах сера растворяется в железе и образует легкоплавкую эвтектику (FeS + Fe) с относительно невысокой температурой плавления (985 °С). Сульфидная эвтектика находится в жидком состоянии при температуре горячей обработки металлов давлением (900÷1200 °С) и является причинойкрасноломкости(хрупкость при горячей обработке давлением) сталей. Для нейтрализации вредного влияния сульфида железа FeS в сталь вводят марганец. Соединяясь с серой, он образует сульфид МnS с температурой плавления 1620 °С. При температуре горячей обработки металлов давлением сульфид марганца весьма пластичен и при деформации вытягивается вдоль направлений прокатки в виде продолговатых линз. Эти включения недопустимы в ответственных деталях. Они не влияют на статическую прочность деталей, но снижают усталостную и динамическую прочность и ударную вязкость.