Углеродистых сталей

Цель работы:получить навыки в проведении микроструктурного анализа углеродистых сталей.

В работе изучается микроструктура стали в равновесном состоянии. По диаграмме Fe–Fe₃Cуглеродистые стали состоят из двух фаз: феррита (Ф) и цементита (Ц), являющихся самостоятельными структурными составляющими и образующих механическую смесь перлит (П). По структуре стали делят на: доэвтектоидные (С0,8%), эвтектоидные (С = 0,8%) и заэвтектоидные (0,8С2,14%). Сплавы при содержании С до 0,02% называют техническим железом, его структура представлена в виде светлых полиэдрических зерен Ф.

В структуре доэвтектоидных сталей наблюдаем светлые зерна Ф и темные П, причем, чем больше в стали углерода, тем больше в ней перлита. По структуре доэвтектоидной стали можно приблизительно определить содержание в ней углерода. Оцениваем на глаз площадь, занятую перлитом П, и подсчитываем содержание углерода по формуле С = 0,8П/ 100%.

Микроструктура эвтектоидной стали перлит (П) пластинчатый или зернистый. Под микроскопом в структуре пластинчатого П видны пластинки цементита (Ц) с расположенными между ними полосками феррита (Ф). У зернистого перлита, получаемого сфероидизирующим отжигом, зерна Ц располагаются на светлом поле Ф. В заэвтектоидной стали цементит Ц расположен в виде сетки по границам темных зерен П, с увеличением содержания углерода сетка становится массивной и сплошной.

Задание и содержание отчета.

1. Для работы предоставляются: оптический микроскоп, альбом микроструктур и набор микрошлифов. Сопоставляя микроструктуру шлифа с фотографиями микроструктур, определить вид структурных составляющих – Ф, П, Ц. На рис.1 представлено техническое железо, доэвтектоидная, эвтектоидная и заэвтектоидная сталь. Для доэвтектоидных сталей определить на глаз площадь, занятую перлитом (П).

2. Для каждого образца схематично изобразить структуру с указанием структурных составляющих, используя рис.1.

3. Определить ориентировочно содержание углерода. Для доэвтектоидной стали рассчитать по формуле: С_фФ +С_пП, где С_ф, С_п– содержание углерода в феррите и перлите; для технического железа, эвтектоидной стали, заэвтектоидной стали с тонкой сеткой цементита, заэвтектоидной стали с массивной сеткой цементита -принять содержание углерода соответственно 0,02; 0,8; 1,0; 1,2% С. По содержанию углерода определить марку стали.

Доэвтектоидные стали маркируют по содержанию углерода в сотых долях процента, (сталь 20, сталь 30); эвтектоидные и заэвтектоидные стали – в десятых долях процента (У7,..У13).

4. Определить механические свойства: НВ, _в,_0,2,,, КСU, используя рис.2, и сделать выводы о зависимости свойств от содержания углерода и присутствующих фаз – феррита и цементита.

Работа 4. МИКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ЧУГУНОВ

Цель работы:получить навыки в проведении микроструктурного анализа чугунов.

Чугуны – это сплавы железа Feс углеродом С (2,14С6,67), имеющие примесиSiдо 4,3,Mnдо 2,Pдо 1,2,Sдо 0,02. Углерод в чугуне может находиться в виде цементита (Fe₃C) или графита (Г), или в виде цементита и графита одновременно. Чугун, в котором весь углерод находится в виде цементита, называют белым. Чугуны, в которых основная часть углерода находится в виде графита, в зависимости от формы графита делят на группы: серый – пластинчатая, высокопрочный – шаровидная, ковкий – хлопьевидная форма графита. В этих чугунах в видеFe₃Cнаходится не более 0,8% С (содержание С в перлите). Поэтому по структуре чугун, кроме белого, можно рассматривать как сталь (металлическая основа чугуна), испещренную большим количеством включений графита. Свойства чугунов зависят от свойств металлической основы и от количества и формы графита (рис.1).

Белые чугуны. В соответствии с диаграммойFe–Fe₃C, в зависимости от содержания С и структуры различают белые чугуны: доэвтектические (2,14-4,3% С) со структурой перлит, ледебурит и цементит; эвтектические (4,3% С) со структурой ледебурит (Л) и заэвтектические со структурой (Л+Ц) (рис. 1). Белый чугун получают в условиях литья низкокремнистого (0,5-0,8%Si) быстрым охлаждением отливки. Чаще всего используется белый чугун состава 2,8-3,6 %C; 0,5-0,8%Si; 0,4-0,6%Mn.

Рис.1. Схематичное изображение

структур белого чугуна:

доэвтектического (а) ,

эвтектического (б), эаэвтектического (в);

1-ледебурит-Л,

2-цементит Ц,

3-перлит -П.

Серые чугуны. Для обеспечения первичной кристаллизации графита и получения в отливке структуры серого чугуна применяют составы с повышенным содержанием кремния (1,4-2,9%Si) и медленное охлаждение сплава (рис.2а). Серые чугуны по структуре можно разделить на группы: ферритный, структура которого феррит и крупнопластинчатый графит, например, марки СЧ10, СЧ15; ферритно-перлитный со структурой феррит, перлит и пластинчатый графит, марки СЧ25; перлитный, структура которого - перлит с мелкими завихренными графитными включениями, марки СЧ30, СЧ35 .

Высокопрочный чугун. Высокопрочный чугун получают присадкой в чугун 0,02-0,08%Mgв виде лигатуры; графит в процессе кристаллизации принимает шаровидную форму.

Чугун марки ВЧ38-17 имеет ферритную металлическую основу; марки ВЧ50-7 - ферритно-перлитную; марки ВЧ120-2 - перлитную (рис.2,в).

Ковкий чугун. Ковким называют чугун с хлопьевидной формой графита, полученный из белого доэвтектического чугуна в результате графитизирующего отжига. В зависимости от режима отжига, получают ковкий чугун: марки КЧ35-10 с ферритной металлической основой; марки КЧ45-7 с ферритно-перлитной; марки КЧ80-1,5 – с перлитной металлической основой (рис.2,б).

Механические свойства и состав некоторых марок серого, высокопрочного и ковкого чугунов приведены в табл.1.

Таблица 1

Химический состав и механические свойства чугунов

Марка чугуна	в раст, МПа	0,2, МПа	изг, МПа	 %	НВ	С,%	Si,%	Mn,%
CЧ10	100	-	275	-	185	3,6	2,4	0,7
СЧ25	250	-	460	-	215	3,3	1,8	0,8
СЧ35	350	-	650	-	235	2,9	1,6	0,9
ВЧ38-17	380	240	-	17	155	3,2	1,5	0,4
ВЧ50-7	500	350	-	7	205	3,2	1,4	0,5
ВЧ1200-2	1200	750	-	2	350	3,2	1,2	0,6
КЧ35-10	350	-	-	10	130	2,6	1,2	0,6
КЧ45-7	450	-	-	7	175	2,7	1,1	0,6
КЧ80-1,5	800	-	-	1,5	295	2,8	0,9	0,6

Задание и содержание отчета

1. Для работы предоставляются: оптический микроскоп, набор микрошлифов и альбом микроструктур.

2. Сопоставляя микроструктуру шлифа с фотографиями микроструктур, необходимо определить к какому типу чугуна относится данный шлиф. Для белого чугуна - установить структурные составляющие и вид чугуна – доэвтектический, эвтектический, заэвтектический. Для серого, высокопрочного, ковкого чугунов - установить вид графитовых включений и структуру металлической основы.

3. Для каждого из шлифов, используя рис.1 и рис.2, зарисовать структуру, используя табл.1, - указать тип и предполагаемую марку чугуна, свойства и химический состав.

Работа 5. НОРМАЛИЗАЦИЯ, ЗАКАЛКА И