Зависимость механических свойств стали от содержания углерода

Структура углеродистой стали после охлаждения состоит из двух фаз – феррита и цементита. Количество цементита в структуре стали, например в сплаве 5 (рис. 3), определяется соотношением Q_Ц = (Qt₃/QL)100%.

Из этого соотношения видно, что с увеличением содержания углерода в стали будет возрастать количество цементита в структуре стали.

Твердость цементита на порядок выше твердости феррита и, значит, с увеличением содержания углерода возрастает твердость стали. Частицы цементита в стали препятствуют движению дислокаций и, следовательно, повышают прочность тем сильнее, чем больше цементита находится в структуре стали. При содержании углерода в стали более 0,9-1% прочность стали уменьшается, как это видно из рис. 4.

Рисунок 4  Зависимость механических свойств стали от содержания углерода

Задание

1. Изучить по атласу микроструктуры технического железа, доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной сталей в равновесном состоянии.

2. Изучить микроструктуру технического железа и сталей с по­мощью оптического микроскопа и набора микрошлифов.

3. Зарисовать наиболее характерные микроструктуры, наблюдае­мые в микроскоп.

4. Рассчитать количество углерода в доэвтектоидной стали по площадям, занимаемым перлитом. Для этого установить на микроскопе увеличение 100. Ориентировочно определить площадь (в процентах), занимаемую перлитом (П), и по формуле рассчи­тать содержание углерода (С) в стали.

5. Начертить нижнюю левую часть диаграммы состояния Fе-С; провести на ней вертикали, соответствующие рассматриваемым сплавам, и описать процессы, происходящие при охлаждении сплавов.

6. Написать отчет по работе в соответствии с пунктами 2-5 задания.

Контрольные вопросы

1. Какая область диаграммы состояния Fе-С охватывает стали?

2. Как подразделяются Fе-С сплавы в зависимости от содержания углерода?

3. Какие фазы и структуры образуются в сталях в зависимости от содержания углерода? Охарактеризуйте их.

4. Какую микроструктуру имеют техническое железо, доэвтектоидная, эвтектоидная и заэвтектоидная стали в равновесном состоянии?

5. Какова максимальная растворимость углерода в α-Fe и γ-Fe.

6. Объясните причину выделения вторичного цементита из аустенита при охлаждении заэвтектоидных сплавов.

7. Как можно металлографически определить количество углерода?

8. Почему с увеличением содержания углерода в сталях твердость растет, а пластичность снижается?

9. Что понимается под равновесным состоянием сплава?

10. Перечислить и дать характеристику твердых растворов системы железо-углерод.

11. Дать характеристику эвтектоидной смеси в системе железо-углерод.

12. Что такое перлит? При каких условиях он образуются?

13. Какие фазы наблюдаются при температуре, соответствующей линиям РSК, ЕСF, PQ, ЕS?

14. Сколько углерода содержит каждая из фаз, присутствующая при температуре 723С (линии РSК) и 1130С (линия ЕСF)?

15. Применить правило отрезков в двухфазных областях диаграммы железо-углерод и построить кривую охлаждения для одного сплава.

16. Применить правило фаз Гиббса в критических точках диаграммы железо-углерод.

17. Зарисовать структуру стали 40, У10, У8 и технически чистого железа.

18. Как определить марку доэвтектоидной стали по структуре?

19. Как зависит твердость, прочность и пластичность стали от содержания углерода?

Лабораторная работа №2 (№11)