3.6 Офоpмлення звіту до лабоpатоpної pоботи

У звіті необхідно:

- дати визначення твеpдості металу;

- зазначити методи визначення твеpдості;

- викласти сутність методів визначення твеpдості за Бpінеллем, Роквеллом і Віккерсом та вказати галузь їх використання.

- заповнити таблиці та побудувати графіки за результатами проведених випробувань.

3.7 Запитання для самоперевірки

1. Назвіть механічні властивості металів і сплавів.

2. Які механічні властивості характеризують міцність, пластичність, опір ударним навантаженням та стомлюючу витривалість?

3. Що таке твеpдість металів?

4. Якими способами визначається твеpдість металів?

5. Як і в яких випадках визначається твеpдість за Бpінеллем?

6. Як та в яких випадках визначається твеpдість за Роквеллом?

7. Як визначається твеpдість за Віккеpсом?

Література: [1, c.81–87; 2, c.76–97; 3, c.5–42].

Лабораторна робота № 4 вивчення мікроСтруктурИ сталі та чавуну

Мета роботи: – ознайомитися зі структурами вуглецевих сталей та чавунів у зрівноваженому стані; набути навичок роботи з металографічним мікроскопом, вивчити види чавунів, їх структуру, властивості та галузі використання; набути практичних навичок визначення виду чавунів за мікробудовою.

4.1Устаткування, інструменти, матеріали

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

4.2Основні відомості про структуру сталей у зрівноваженому стані

Структура у зрівноваженому (відпаленому) стані визначається вмістом вуглецю і показана на діаграмі стану залізовуглець (рис. 4.1), 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.

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

Ферит – твердий розчин вуглецю в α-залізі, має кристалічну кубічну об’ємноцентровану 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 Брінеллем 80…100 НВ, відносне подовження 40%, порівняно електро- і теплопровідний.

Аустеніт – твердий розчин вуглецю в γ-залізі, має гранецентровану кубічну гратку. 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 Брінеллем 200 НВ, відносне подовження складає 20%.

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

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

Перліт – це евтектоїдна суміш фериту та 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.

Рисунок 4.1  Діаграма стану залізовуглець

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

Сплави системи залізовуглець поділяють на залізо, доевтектоїдні, евтектоїдні і 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 відносять і електролітичне залізо. Сплави заліза з вуглецем до 0,02% нерідко відносять до заліза, але вони є двофазні. Їх структура складається із фериту та третинного цементиту. Він присутній у вигляді тонкої сітки по межах зерен і помітно впливає на пластичність заліза.

Доевтектоїдні сталі містять від 0,02 до 0,8% вуглецю і мають структуру ферито-перлітну. Із збільшенням вмісту вуглецю кількість фериту зменшується, а перліту – збільшується і при 0,8% вуглецю – перліту 100%.

Евтектоїдна сталь з 0,8% вуглецю має структуру, що складається із 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 із такою структурою відрізняється кращою пластичністю та оброблюваністю різанням.

Заевтектоїдна сталь має більше 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 мікрошліфу світла сітка), що погіршує властивості сталі. Це виникає по заключенні гарячої обробки тиском за занадто високої температури або перепалу з нагрівом вище точки Ас_т.

Таблиця 4.1 – Зразки вуглецевих сталей

Позна- чення		Назва	Вміст вуглецю, %	Мікроструктура
Армко		Технічне залізо армко	до 0,02	Ф 100%
Ст 3		Сталь звичайної якості	0,20	Ф 75% П 25%
Сталь 60	Якісна конструк-ційна сталь		0,60	Ф 25% П 75%