5. Порядок выполнения работы

1. С помощью металлографического микроскопа по­следовательно просмотреть микрошлифы сталей предложенной коллекции.

Для этого микрошлиф установить на предметный столик микроскопа исследуемой поверхностью вниз таким образом, чтобы на нее падал свет из объектива. Затем произвести настройку микроскопа на четкость изображения сначала макрометрическим винтом (грубая фокусировка), затем  микрометрическим винтом (тонкая фокусировка). Для изучения различных участков поверхности возможно перемещение предметного столика в двух взаимно перпендикулярных направлениях посредством ручной подачи.

2. Провести качественный анализ структуры стали, т.е. определить наличие феррита, перлита, цементита вторичного и на основании этого  принадлежность стали к тому или иному типу (доэвтектоидная, эвтектоидная или заэвтектоидная).

3. В отчете графически изобразить наиболее характерные структуры сталей  шесть образцов.

4. Провести количественный анализ структуры, т.е. определить процентное соотношение микроструктурных составляющих с целью определения марки качественной стали по содержанию в ней углерода.

4.1. Для определения содержания углерода в доэвтектоидной стали оценить с достаточной для практических целей точностью «на глаз» площадь, занимаемую зернами перлита в поле зрения микроскопа. Например, структура стали, представленная на рис. 2.2, б состоит приблизительно из 60 % зерен перлита и, соответственно, 40 % зерен феррита.

Пренебрегая содержанием углерода в феррите (< 0,006 %) и, учитывая, что в перлите содержится 0,8 % углерода, вычислить его количество в рассматриваемом образце:

100 % Перлита содержит 0,8 % с,

60 % Перлита содержит х % с :

Стали конструкционные бывают обыкновенного качества (ГОСТ 380-88), качественные и высококачественные (ГОСТ 1050-88).

Стали обыкновенного качества маркируются буквами «СT» и цифрой от Ст0 до Ст6, указывающей условный номер по ГОСТ 380-88 (табл.1).

Согласно ГОСТ 1050-88 конструкционные качественные стали с содержанием С ≤ 0,8 % маркируются: 05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 15кп, 15, 20кп, 20пс, 20, 25. 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, где цифры (кратные 5) показывают содержание углерода в сотых долях процента.

Например, содержанию углерода 0,48 % соответствует марка стали 50.

Конструкционные стали по назначению можно разделить на 4 груп­пы:

а) сталь 05кп и сталь 08кп – это мягкие, пластичные стали, предназначае­мые для глубокой вытяжки;

б) стали 10, 15, 20, 25 – стали для холодной штамповки, а также цементируемые стали. Упрочнение их поверхностного слоя проис­ходит за счет цементации и последующей упрочняющей термообработки;

в) стали 30, 35, 40, 45, 50 – это стали, упрочняемые закалкой с высоким отпуском;

г) стали 55, 60 – это пружинные стали, характеризующиеся высокой упругостью. Из них изготавливаются, например, пружины, рессоры и т.д.

4.2. Структуру эвтектоидной стали составляет только перлит, содер-жащий 0,8% углерода. Согласно ГОСТ 1435-88, содержанию углерода 0,77…0,85% соответствует марка стали У8, где У  углеродистая инструментальная, т.к. стали с содержанием С ≥ 0,8 % являются инстру-ментальными, а число показывает содержание углерода в десятых долях процента.

4.3. Для определения содержания углерода в заэвтектоидной стали «на глаз» оценить площадь, занимаемую цементитом вторичным. Количество перлита определяется по разности:

перлит % = 100 %  цементит %.

Например, в структуре стали, представленной на рис. 2.2, в цементит занимает около 5 % площади поля зрения микроскопа, а перлит:

100 – 5 = 95%.

Затем вычислить количество углерода в цементите и перлите:

100 % цементита содержит 6,67 % С,

5 % цементита содержит х' % С :

100 % перлита содержит 0,8 % С,

95% перлита содержит х'' % С :

Суммарное количество углерода в рассматриваемом образце :

С = х' + х'' = 0,33 + 0,76 = 1,09 % .

Согласно ГОСТ 1435-88 углеродистые инструментальные стали делятся на марки:

– качественные: У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13;

– высококачественные У7А, У8А, У9А, У10А, У11А, У12А, У13А.

Высококачественные стали более чистые по содержанию вредных примесей серы и фосфора (S < 0,02%, Р < 0,03%).

Углеродистые инструментальные стали упрочняются закалкой и низким отпуском.

Примерное назначение углеродистой инструментальной стали раз­ных марок показано в табл. 2.

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода менее 0,02 % в поле зрения микроскопа состоят из одних светлых зерен феррита и маркируются как «Техническое железо» (рис. 2.2, а).

5. Определить механические свойства рассмотренных сталей по графику зависимости твёрдости, прочности, пластичности и вязкости от содержания углерода (рис. 2.5).

6. С помощью металлографического микроскопа последовательно просмотреть микрошлифы чугунов предложенной коллекции.

Использование при микроанализе нетравленых микрошлифов чугунов позволяет более четко наблюдать на светлом фоне поля зрения микроскопа неметаллические включения графита (например, рис. 2.4, а). Изучение травленых микрошлифов позволяет выявить, наряду с графитом, структурные составляющие металлической основы чугунов  феррита и перлита (например, рис. 2.4, б, в).

Рис. 2.5. Влияние углерода на механические

свойства углеродистых сталей

7. Провести качественный анализ микроструктуры чугунов: выявить включения графита, их форму и на основании этого определить тип чугунов: белый, серый, ковкий или высокопрочный. Определить структурные составляющие металлической основы (используются фотографии микроструктур).

8. Определить содержание углерода в связанном состоянии С_СВ (только в металлической основе микроструктур чугунов без учёта содержания углерода в графите), аналогично методике определения его в сталях.

9. Определить σ_В рассмотренных чугунов по графику зависимости прочности от содержания связанного углерода (рис. 2.6), а затем остальные механические свойства по табл. 3, 4, 5.

Рис. 2.6. Зависимость предела прочности при растяжении

от количества связанного углерода

Таблица 1

Сталь углеродистая обыкновенного качества, ГОСТ 380-88

Марка стали	Содержа-ние С, %	Механические свойства
		НВ	σв , Н/мм^2	σТ , Н/мм^2	δ , %
Ст0 Ст1 Ст2 Ст3 Ст4 Ст5 Ст6	< 0,23 0,06…0,12 0,2…0,15 0,14…0,22 0,18…0,27 0,28…0,37 0,38…0,49	– – 210 220 240 270 300	Не менее 320 320…400 340…420 380…470 420…520 500…620 600…720	– – 220…190 200…250 230…270 460…640 320…300	22 33 31 27…25 25…23 21…19 16…14

Таблица 2