- •Часть 1
- •302020, Г. Орел, Наугорское шоссе, 29.
- •Содержание
- •Введение
- •Лабораторная работа № 1 Микроанализ металлов и сплавов
- •1.1 Теоретические сведения
- •1.1.1 Приготовление микрошлифа
- •1.1.2 Краткое описание металлографического микроскопа
- •1.1.3 Работа с микроскопом
- •1.1.4 Изучение микроструктуры
- •1.2 Материалы и принадлежности
- •1.3 Порядок выполнения работы
- •1.4 Оформление отчета
- •1.4.1 Изображение полированной поверхности (х ...)
- •1.4.2 Изображение протравленной поверхности (х ...)
- •1.5 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 механические свойства металлов и методы их определения
- •2.1 Теоретические сведения
- •2.2 Материалы и принадлежности
- •2.3 Порядок выполнения работы
- •2.3.1 Испытания на растяжение
- •2.3.2 Испытания на твердость по Бринеллю
- •2.3.3 Испытания на твердость по Роквеллу
- •2.3.4 Испытания на твердость по Виккерсу
- •2.3.5 Определение ударной вязкости
- •2.4 Оформление отчета
- •2.4.1 Определение характеристик прочности и пластичности
- •2.4.2 Определение твердости
- •2.4.3 Определение ударной вязкости
- •2.5 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3
- •Влияние холодной пластической деформации
- •И рекристаллизации на микроструктуру
- •И механические свойства низкоуглеродистой стали
- •3.1 Теоретические сведения
- •3.1.1 Основные определения
- •3.1.2 Пластическая деформация и ее влияние на свойства
- •3.1.3 Влияние температуры нагрева на микроструктуру
- •3.1.4 Холодная и горячая пластическая деформация
- •3.2 Выполнение работы
- •3.2.1 Влияние степени пластической деформации
- •3.2.2 Влияние температуры нагрева на микроструктуру
- •3.4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 микроструктура и твердость углеродистой стали в отожженном состоянии
- •4.1 Теоретические сведения
- •4.1.1 Фазы в железоуглеродистых сплавах
- •4.1.2 Структурные составляющие в сталях
- •4.1.3 Микроструктура углеродистых сталей после отжига
- •4.2 Материалы и принадлежности
- •4.3 Порядок выполнения работы
- •4.4 Оформление отчета
- •4.4.1 Микроструктура и твердость сталей с различным
- •4.4.2 Определение марки стали по структуре
- •4.4.3 Формирование структуры в сталях
- •4.4.4 Анализ полученных результатов и выводы
- •4.5 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5 изучение микроструктуры чугунов
- •5.1 Теоретические сведения
- •5.2 Материалы и принадлежности
- •5.3 Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 6 исправление микроструктуры перегретой доэвтектоидной стали
- •6.1 Теоретические сведения
- •6.1.1 Фазовые превращения в стали
- •6.1.2 Основные виды предварительной термической обработки
- •6.4.2. Термическая обработка перегретых образцов
- •6.4.3 Результаты эксперимента
- •6.4.4 Анализ полученных результатов и выводы
- •6.5 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 7 выбор температуры нагрева для закалки стали
- •7.1 Теоретические сведения
- •Доэвтектоидные стали подвергают полной закалке:
- •7.2 Материалы и принадлежности
- •7.3 Порядок выполнения работы
- •7.4 Оформление отчета
- •7.4.1 Исходное состояние образцов
- •7.4.2 Термическая обработка (закалка) образцов
- •7.4.3 Результаты эксперимента
- •7.5 Контрольные вопросы
- •8.1 Теоретические сведения
- •8.2 Материалы и принадлежности
- •8.3 Порядок выполнения работы
- •8.4 Оформление отчета
- •8.4.1. Исходное состояние образцов
- •8.4.2 Термическая обработка (закалка) образцов
- •8.4.3 Результаты эксперимента
- •8.5 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 9 определение прокаливаемости стали
- •9.1 Теоретические сведения
- •9.1.2 Определение прокаливаемости методом торцевой
- •9.2 Материалы и принадлежности
- •9.3 Порядок выполнения работы
- •9.4 Оформление отчета
- •9.4.1 Исходные данные:
- •9.4.2 Параметры процесса закалки
- •9.4.3 Результаты исследований
- •9.4.4 Анализ результатов и выводы
- •9.5 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 10 изучение влияния температуры отпуска на микроструктуру и свойства закалённой стали
- •10.1 Теоретические сведения
- •10.2 Материалы и принадлежности
- •10.3 Порядок выполнения работы
- •10.4 Оформление отчета
- •10.4.1 Исходные данные:
- •10.4.2 Термическая обработка (отпуск) закалённых образцов
- •10.4.3 Результаты эксперимента
- •10.5 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 11 Термическая обработка чугуна
- •11.1 Теоретические сведения
- •11.2 Материалы и принадлежности
- •11.3 Порядок выполнения работы
- •11.4.4 Результаты исследований
- •11.5 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12 микроструктура и свойства сталей после химико-термической обработки
- •12.1 Теоретические сведения
- •12.1.1 Цементация
- •12.1.2 Азотирование
- •12.2 Материалы и принадлежности
- •12.3 Порядок выполнения работы
- •12.4 Оформление отчета
- •12.4.1 Исходные данные
- •12.4.2 Параметры процесса
- •12.5 Результаты исследований
- •12.6 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 13 термическая обработка углеродистой стали
- •13.1 Теоретические сведения
- •13.2 Материалы и принадлежности
- •13.3 Порядок проведения работы
- •13.4 Оформление отчета
- •13.4.1 Исходное состояние образцов
- •13.4.2 Термическая обработка образцов
- •13.4.3 Результаты эксперимента
- •13.4.4 Вывод
- •13.5 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 14 термическая обработка дуралюмина
- •14.1 Теоретические сведения
- •14.2 Материалы и принадлежности
- •14.3 Порядок выполнения работы
- •14.4 Оформление отчета
- •14.5 Контрольные вопросы
- •Литература
- •Приложение а Справочные данные
- •Приложение в Построение кривой охлаждения сплава заданной концентрации с использованием диаграммы
- •Углеродистые стали
Приложение в Построение кривой охлаждения сплава заданной концентрации с использованием диаграммы
Правило фаз (закон фаз, закон Гиббса1) – соотношение термодинамики, согласно которому для любой равновесной системы сумма числа фаз f и вариантности (числа степеней свободы) с равна числу компонентов k, увеличенному на число параметров n, определяющих равновесное состояние системы:
При этом параметры состояния (температура Т, давление р, напряжённость электрического и магнитного полей и др.) должны быть одинаковыми во всех фазах. Если состояние системы может изменяться лишь под действием температуры и давления, причём размеры фаз таковы, что можно пренебречь величиной их поверхностной энергии, то правило фаз выражается формулой
Для конденсированных систем (например, сплавов металлов), где р либо постоянно, либо изменяется так незначительно, что не влияет на состояние равновесия, правило фаз принимает вид:
Именно в таком виде правило фаз используется для построения кривых охлаждения железоуглеродистых сплавов (Fe – Fe3C) и анализа превращений.
Формирование фаз или структур в сплавах можно изучить, рассматривая по диаграмме процессы, происходящие в них при охлаждении или нагреве.
В качестве примера проследим за формированием структур сплава с содержанием углерода 1,3 % при медленном охлаждении от 1600 °C (рисунок В.1).
Сплав до температуры 1480 °C (точка 1) находится в жидком состоянии. Кристаллизация его начинается при 1480 °C с выделением из жидкого раствора кристаллов аустенита. По мере охлаждения сплава концентрация компонентов в аустените изменяется согласно линии JE от точки 1' к точке n, а в жидкости – согласно линии ВС от точки 1 к точке k, что можно записать следующим образом:
Составы и количество фаз в этой области диаграммы (точка m) можно определить по правилу отрезков (коноды).
|
Рисунок В.1 – Схема для изучения превращений, происходящих в сплаве I с содержанием углерода 1,3 % при охлаждении |
Химический состав жидкой фазы сплава I при температуре, равной температуре точки m, определяется проекцией на ось концентраций точки k, а химический состав аустенита – проекцией на ось концентраций точки n. Количество аустенита А находится по формуле
%,
а количество жидкой фазы Ж – по формуле
%,
где kn — длина коноды;
km, mn — отрезки, противолежащие определяемой фазе.
Кристаллизация сплава заканчивается в точке 2 (1340 °C). В интервале температур 1340…980 °C (точки 2, 3) сплав охлаждается, не претерпевая никаких изменений. При охлаждении сплава ниже 980 °C (точка 3) аустенит с концентрацией углерода 1,3 % становится пересыщенным. Избыточный углерод из зерен аустенита диффундирует к их границам и выделяется в виде цементита вторичного. Концентрация углерода в аустените при охлаждении сплава от 980 до 727 °С изменяется согласно линии ES от точки 3 к точке S:
При температуре 727 °C (точка 4) в сплаве происходит эвтектоидное превращение. Аустенит (0,8 % С) распадается на ферритно-цементитную смесь – перлит:
С понижением температуры сплава ниже 727 °C растворимость углерода в феррите уменьшается (линия PQ). В связи с этим избыточный углерод из феррита выделяется в виде цементита третичного:
Однако выделяющийся цементит третичный в структуре стали металлографически не различается, так как сливается с цементитом эвтектоида. В структуре сплава с концентрацией углерода 1,3 % при комнатной температуре наблюдаются зерна перлита, окаймленные тонкой сеткой цементита вторичного.
На рисунках В.2 – В.8 приведены примеры построения кривых охлаждения железоуглеродистых сплавов с различным содержанием углерода.
|
Рисунок В.2 – Схема для изучения превращений, происходящих в сплаве I с содержанием углерода 0,005 % при охлаждении |
|
Рисунок В.3 – Схема для изучения превращений, происходящих в сплаве I с содержанием углерода 0,01 % при охлаждении |
|
|
Рисунок В.4 – Схема для изучения превращений, происходящих в сплаве I с содержанием углерода 0,6 % при охлаждении |
|
|
|
Рисунок В.5 – Схема для изучения превращений, происходящих в сплаве I с содержанием углерода 0,8 % при охлаждении |
|
Рисунок В.6 – Схема для изучения превращений, происходящих в сплаве I с содержанием углерода 3,0 % при охлаждении |
|
Рисунок В.7 – Схема для изучения превращений, происходящих в сплаве I с содержанием углерода 4,3 % при охлаждении |
|
Рисунок В.8 – Схема для изучения превращений, происходящих в сплаве I с содержанием углерода 5,5 % при охлаждении |