4. Содержание отчета:

• Наименование и цель работы.

• Краткие теоретические сведения, включающие диаграмму Fe-Fe₃C и описание основных превращений в сталях.

• Зарисовки микроструктур представленной коллекции микрошлифов сталей.

• Результаты расчетов содержания структурных составляющих и углерода в виде таблицы и графика.

• Краткие выводы.

Контрольные вопросы

1. Что показывает диаграмма состояния Fe-Fe₃C?

2. Что такое феррит, аустенит, цементит, перлит?

3. В чем отличия фазового и структурного состава сталей?

4. Каковы условия образования вторичного и третичного цементита?

5. Какие стали являются доэвтектоидными, эвтектоидными, заэвтектоидными?

6. Какова структура доэвтектоидной, эвтектоидной, заэвтектоидной сталей в равновесном состоянии?

7. Какие встречаются морфологические формы цементита в сталях?

8. Что такое видманштеттовая структура доэвтектоидной стали и в каких условиях она формируется?

9. Как изменяется содержание перлита и цементита с увеличением содержания углерода в стали?

10. Как по структуре определить содержание углерода в стали?

11. Как влияет содержание углерода на свойства стали?

Лабораторная работа № 7 изучение микроструктуры чугунов

7.1 Цель работы: Изучить процессы структурообразования и особенности структур различных чугунов: белых, серых, половинчатых, ковких, высокопрочных.

7.2 Краткие теоретические сведения.

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14 % углерода, постоянные примеси (Si, P, S, Mn), а в ряде случаев и легирующие элементы. Чугун – это важнейший продукт черной металлургии (доменного производства), используемый как конструкционный материал в машиностроении, так и для передела в производстве стали (чушковый, передельный чугун). Чугун подразделяют в зависимости от степени графитизации на серый, белый и половинчатый (что и обусловливает вид излома), в зависимости от формы графитовых включений на чугун с пластинчатым, вермикулярным, хлопьевидным, шаровидным графитом. В зависимости от структуры металлической основы чугуны подразделяют на ферритный, феррито-перлитный, перлитный, бейнитный, мартенситный, аустенитный. Свойства чугунов определяются их структурой.

7.2.1 Белые чугуны

В белых чугунах весь углерод находится в связанном виде (в виде цементита), они имеют белый, блестящий излом. По содержанию углерода они подразделяются на доэвтектические (2,14 – 4,3 % С), эвтектические (4,3 % С) и заэвтектические (свыше 4,3 % С). Для всех чугунов характерно завершение кристаллизации по эвтектической реакции, протекающей в изотермических условиях при температуре 1147 С (см. рис. 6.1):

1147 С

Ж_С  А_Е + Ц (7.1)

Образующаяся эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебуритом, который имеет сотовое строение. Фазовый состав ледебурита, как и любой эвтектики, постоянен и определяется отношением отрезков:

(7.2)

Рисунок 7.1 - Структура чугунов: а – доэвтектический чугун (перлит, ледебурит и вторичный цементит); б – эвтектический (ледебурит); в – заэвтектический (первичный цементит и ледебурит), × 450

При дальнейшем охлаждении концентрация углерода в аустените изменяется по линии ΕS вследствие выделения вторичного цементита и к температуре эвтектоидного превращения (723 С) принимает значение 0,8 %. При этой температуре, соответствующей линии PSK диаграммы аустенит в ледебурите претерпевает эвтектоидное превращение в перлит аналогично тому, как в сталях. Структура эвтектического чугуна при комнатной температуре состоит из ледебурита (рис. 7.1, б).

В доэвтектических чугунах кристаллизация начинается с выделения аустенита из жидкости, которая к моменту эвтектического превращения приобретает состав т. С диаграммы Fe-Fe₃C. Оставшаяся жидкость кристаллизуется по эвтектическому механизму с образованием ледебурита. При дальнейшем охлаждении затвердевшего сплава из аустенита структурно свободного и входящего в состав ледебурита выделяется вторичный цементит. Обедненный углеродом аустенит (до 0,8 % С) при температуре 723 С превращается в перлит. Структура доэвтектического чугуна представляет собой крупные темные поля перлита (образовавшегося из структурно-свободного аустенита) на фоне ледебурита (рис. 7.1, а).

В заэвтектических белых чугунах кристаллизация начинается с выделения из жидкого расплава кристаллов первичного цементита (см. рис. 7.1). При этом состав жидкости меняется по линии DС. Кристаллизация завершается эвтектическим превращением оставшейся жидкости с образованием ледебурита. При дальнейшем охлаждении происходят превращения аналогично описаным выше. Конечная структура заэвтектического чугуна представляет собой длинные белые пластины первичного цементита и ледебурит (рис. 7.1, в).

По структуре белых чугунов можно определить содержание углерода. Для доэвтектических чугунов:

(7.3)

Для заэвтектических чугунов:

(7.4)

где П, Л и Ц – соответственно количества перлита, ледебурита и цементита, %.