5.3 Порядок и методика выполнения работы

5.3.1 Студенты знакомятся и зарисовывают простейшие типовые диаграммы двойных систем.

5.3.2 Студенты последовательно изучают под микроскопом и зарисовывают микроструктуры сплавов в равновесном состоянии, сопоставляя их с диаграммами в порядке их описания в разделе 5.2 (рис. 5.1, 5.2, 5.3, 5.4).

5.3.3. На рисунке микроструктур обозначают все фазы и структурные составляющие.

5.4 Содержание отчета

• Наименование и цель работы.

• Зарисовки и краткое описание типовых диаграмм фазового равновесия двухкомпонентных систем.

• Зарисовки микроструктур сплавов после рисунка каждой диаграммы с необходимыми пояснениями.

• Выводы.

Контрольные вопросы

1. Что характеризуют диаграммы фазового равновесия сплавов?

2. Какие фазы бывают в сплавах?

3. Что такое твердый раствор?

4. Чем отличаются неограниченные твердые растворы от ограниченных?

5. Как выглядит диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях ?

6. В чем сущность эвтектического превращения?

7. Как выглядит диаграмма состояния сплавов с эвтектическим превращением?

8. В чем отличие диаграмм с эвтектическим превращением, полной нерастворимостью и ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии?

9. Какова структура эвтектических смесей?

10. В чем сущность перитектического превращения?

11. Каковы особенности структуры доперитектических сплавов?

Лабораторная работа № 6 изучение микроструктуры сталей в равновесном состоянии

6.1 Цель работы: Изучить фазовые и структурные превращения сталей в системе Fe-Fe₃C, микроструктуру сталей с различным содержанием углерода. Научиться определять содержание углерода в углеродистых сталях по соотношению структурных составляющих.

6.2 Краткие теоретические сведения.

В промышленном производстве наибольшее распространение получили железоуглеродистые сплавы, составляющие основу большинства отраслей промышленности. Сплавы железа с углеродом и другими элементами, содержащие менее 2,14 % углерода, называются сталями. Структура сталей в равновесном (отожженном) состоянии определяется содержанием углерода в соответствии с метастабильной диаграммой железо-цементит (рис. 6.1). Структура стали с минимальным содержанием углерода (до 0,006 % при комнатной температуре) по существу являющейся технически чистым железом, представляет собой - феррит – твердый раствор внедрения углерода в - железе с ОЦК решеткой. Феррит обычно имеет зернистое строение, хотя в структуре литой или перегретой среднеуглеродистой стали встречаются и пластинчатые (игольчатые) выделения феррита в перлите. Такая структура называется видманштеттовой¹. Феррит очень пластичен и вязок (  50 %, KCU = 2,0 МДж/м²) и обладает невысокой прочностью (_в = 250-300 МПа).

Небольшое увеличение содержания углерода в стали (более 0,006 %) в силу незначительной его растворимости в феррите (0,02 % при температуре 723 С) вызывает при комнатной температуре образование избыточной фазы – третичного цементита. Последний выделяется из феррита в сталях, содержащих до 0,025 % углерода вследствие уменьшения его растворимости в - железе в соответствии с линией PQ диаграммы. Цементит представляет собой химическое соединение – карбид железа (Fe₃C), содержит 6,67 % углерода, обладает высокой твердостью (НВ 800) и повышенной хрупкостью.

Рисунок 6.1 – Диаграмма состояния Fe-Fe₃C

Увеличение содержания углерода свыше 0,025 % вызывает образование перлита при охлаждении, в результате эвтектоидного превращения:

727 ºС

А_s  Ф_р + Ц_к

Перлит² представляет собой двухфазную эвтектоидную смесь феррита и цементита с суммарным содержанием углерода 0,8 %. В зависимости от формы цементитных включений различают пластинчатый и зернистый перлит. Возможность образования той или иной морфологической разновидности перлита определяется режимом термообработки стали. Сталь с зернистым перлитом отличается лучшей пластичностью и обрабатываемостью резанием. Такая структура наиболее предпочтительна для заэвтектодных сталей, поскольку после окончательной термообработки стали (закалки и низкого отпуска) сохраняемая зернистая форма карбидов обеспечивает лучшие режущие свойства. Перлит как двухфазная структура под воздействием реактива (травителя микрошлифов) травится интенсивнее, чем феррит. Поэтому под микроскопом перлит часто наблюдается в виде темных включений неоднородного строения. С увеличением содержания углерода в доэвтектоидных сталях пропорционально возрастает количество перлита. Одной из задач настоящей лабораторной работы является количественная оценка изменения содержания перлита с увеличением содержания углерода в стали. С увеличением количества перлита возрастают твердость и прочность стали, но уменьшается пластичность и вязкость.

Если пренебречь малой концентрацией углерода в феррите при комнатной температуре (0,006 %), согласно правила отрезков по количеству перлита в структуре можно рассчитать содержание углерода в стали:

(6.1)

где П – площадь, занимаемая перлитом в поле зрения микрошлифа, %.

Обычно её определяют методом секущих, либо планиметрированием.