Структуры углеродистых сталей в равновесном состоянии

Цель работы - научиться определять под микроскопом структурные составляющие углеродистых сталей, находящихся в равновесном состоянии.

Задачи:

- закрепить знания о фазовых превращениях, происходящих в углеродистых сталях в равновесном состоянии;

- изучить микроструктуру углеродистых сталей в равновесном состоянии.

Материально-техническое оснащение:

- металлографический микроскоп;

- коллекция микрошлифов углеродистых сталей;

- диаграмма состояния системы железо-цементит;

- альбом фотографий микроструктур.

1. Теоретическая часть

Рисунок 2. 1 – Диаграмма состояния системы железо-цементит

При кристаллизации из жидкого состояния во всех сталях образуется аустенит. При дальнейшем охлаждении структурные составляющие сталей получаются различные.

В зависимости от содержания углерода (С) различают следующие виды сплавов: техническое железо (меньше 0,02% С); доэвтектоидные стали (от 0,2% до 0,8% С); эвтектоидная сталь (0,8% С); заэвтектоидные стали (от 0,8% до 2,14% С).

Формирование структурных составляющих при охлаждении технического железа определяется значением линий:

GS – начало выделения феррита из аустенита;

GP – конец выделения феррита из аустенита;

PQ – начало выделения цементита из феррита.

Растворимость углерода в α-железе переменная (рисунок 2.1, линия PQ). При 727˚С в α-железе растворяется 0,02% С, а при комнатной температуре 0,006% С. Сплавы железа с содержанием до 0,006% С имеют структуру только твёрдого раствора углерода в α-железе, т.е. феррита (рисунок 2.2). В сплавах с содержанием от 0,006 до 0,02% С при понижении температуры из феррита выделяется цементит, называемый третичным. Третичный цементит выделяется по границам зерен феррита (рисунок 2.3).

Формирование структурных составляющих при охлаждении доэвтектоидных сталей определяется значениями линий:

GS – начало выделения феррита из аустенита;

PSK – эвтектоидное превращение, аустенит распадается одновременно на две фазы: феррит и цементит, которые вместе образуют структурную составляющую перлит. Перлит имеет пластинчатое строение (рисунок 2.4). Он состоит из чередующихся пластинок феррита и цементита (феррит – светлая пластинка, цементит – темная).

Перлит под микроскопом имеет вид полей полосчатого строения или темных участков (при небольших увеличениях). Феррит выявляется в виде светлых полей (рисунок 2.5). Количество феррита и перлита в доэвтектоидной стали зависит от содержания углерода. С увеличением содержания углерода количество перлита увеличивается, феррита уменьшается.

Формирование структурных составляющих при охлаждении в эвтектоидной стали определяется значением линии PSK – эвтектоидное превращение. Микроструктура эвтектоидной стали состоит из одного перлита (рисунок 2.6).

Формирование структурных составляющих при охлаждении в заэвтектоидных сталях определяется значением линий:

ES – начало выделения цементита из аустенита;

PSK – эвтектоидное превращение.

Цементит, выделяющийся из аустенита, называется вторичным. Он располагается в виде белой сетки по границам зерен, а внутри сетки – зерна перлита пластинчатого строения (рисунок 2.7). Чем больше углерода в заэвтектоидной стали, тем более массивной (толстой) получается цементитная сетка.

2. Порядок выполнения работы

1. Начертить диаграмму состояния железо-цементит, провести на ней вертикальные линии, соответствующие техническому железу, доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной сталям.

2. Дать описание процессов превращений, происходящих при охлаждении этих сталей.

3. На готовых шлифах, взятых из коллекции, а также по соответствующим фотографиям в альбоме микроструктур изучить микроструктуру технического железа, доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной сталей.

4. Зарисовать микроструктуру сталей.

5. Указать на рисунках структурные составляющие.

3. Оформление отчета

Отчет должен содержать:

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Диаграмму состояния железо-цементит Описание процессов превращений, происходящих при охлаждении сталей.

4. Рисунки микроструктуры сталей, с указанными на них структурными составляющими.

4. Контрольные вопросы

1. При каком содержании углерода стали относятся к доэвтектоидным?

2. Какое строение имеет перлит?

3. Из чего состоит микроструктура заэвтектоидной стали?

4. Какую структурную составляющую образуют феррит и цементит при эвтектоидном превращении?

5. Как зависит количество феррита и перлита от содержания углерода в доэвтектоидной стали?

6. Какой цементит называется вторичным?

Рисунок 2.2 – Феррит	Рисунок 2.3 – Феррит и третичный цементит
Рисунок 2.4. Пластинчатый перлит	Рисунок 2.5 – Феррит и перлит
Рисунок 2.6. - Перлит	Рисунок 2.7 – Перлит и цементит

Лабораторная работа № 3