Лабораторная работа №3 по дисциплине «Материаловедение»

Федеральное государственное образовательное учреждение.

Ульяновский электромеханический колледж.

Комиссия 150410 «Производство изделий на автоматических роторных и роторно-конвейерных линиях»

Лабораторная работа №3

По дисциплине «Материаловедение»

Тема: «Изучение микроструктуры сталей»

Разработал: Преподаватель спец. дисциплин

Одобрено:

Зам. директора по УР

_____________

Председатель ПК

_____________

Ульяновск. 2009

Лабораторная работа 3

ТЕМА: Изучение микроструктуры сталей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1.  Научиться самостоятельно пользоваться металломикроскопом.

2.  Освоить методику исследования микроструктуры сталей.

ЗАДАНИЕ:

1.  Ознакомиться с устройством и принципом действия металломикроскопа.

2.  Рассмотреть несколько разных образцов стали.

3.  Зарисовать микроструктуры доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной сталей.

4.  Составить отчет о работе.

ОБОРУДОВАНИЕ: 1. Металлографический микроскоп

2. Набор микрошлифов.

3. Полирующий материал.

4. Чертежные принадлежности.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ:

Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов дает представ­ление о строении основных конструкционных сплавов — сталей и чугунов.

Компоненты, фазы и структурные составляющие сплавов же­леза с углеродом. Железо — пластичный металл серебристо-белого цвета с невысокой твердостью (НВ 80). Температура плавления — 1539°С, плотность 7,83 г/см3. Имеет полиморфные модификации (см. раздел 2.1.). С углеродом железо образует химическое соединение и твердые растворы.

Цементит — это химическое соединение железа с углеродом (карбид железа) Fe С. В нем содержится 6,67 % углерода (по массе). Имеет сложную ромбическую кристаллическую решетку. Характе­ризуется очень высокой твердостью (НВ 800), крайне низкой плас­тичностью и хрупкостью.

Ферритом называется твердый раствор углерода в a - железе. Со­держание углерода в феррите очень невелико — максимальное 0,02% при температуре 727°С. Благодаря столь малому содержанию угле­рода свойства феррита совпадают со свойствами железа (низкая твер­дость и высокая пластичность). Твердый раствор углерода в высоко­температурной модификации Fea (т. е. в Fed) часто называют d - ферритом или высокотемпературным ферритом.

Перлит — это механическая смесь феррита с цементитом. Со­держит 0,8% углерода, образуется из аустенита при температуре 727°С. Имеет пластинчатое строение, т. е. его зерна состоят из чередующих­ся пластинок феррита и цементита. Перлит является эвтектоидом. Эвтектоид — это механическая смесь двух фаз, образующаяся из твердого раствора (а не из жидкого сплава, как эвтектика).

Диаграмма Fe-Fe3C. На горизонтальной оси концентраций отложено содержание углерода от 0 до 6,67%. Левая вертикальная ось соответствует 100% содержанию железа. На ней отложены темпера­тура плавления железа и температуры его полиморфных превраще­ний. Правая вертикальная ось (6,67% углерода) соответствует 100% содержанию цементита. Буквенное обозначение точек диаграммы при­нято согласно международному стандарту и изменению не подлежит.

Линия АВСД диаграммы является линией ликвидус. На ней на­чинается кристаллизация: на участке АВ — феррита, ВС — аусте­нита и СД — первичного цементита. Линия AHJECF является лини­ей солидус диаграммы.

Железоуглеродистые сплавы в зависимости от содержания угле­рода делятся на техническое железо (до 0,02% С), сталь (от 0,02 до 2,14 % С) и чугун (от 2,14 до 6,67% С). Сталь, содержащая до 0,8% С называется доэвтектоидной, 0,8% С — эвтектоидной и свыше 0,8% С — заэвтектоидной. Структура технического железа представляет собой зерна фер­рита или феррит с небольшим количеством третичного цементита. Обязательной структурной составляющей стали является перлит. Структура доэвтектоидной стали, состоит из равномерно распреде­ленных зерен феррита и перлита. Эвтектоидная сталь состоит толь­ко из перлита. Структура заэвтектоидной стали представляет собой зерна перлита, окруженные сплошной или прерывистой сеткой вто­ричного цементита.

Сталью называется сплав железа с углеродом, в котором углеро­да содержится не более 2,14%. Это теоретическое определение. На практике в сталях, как правило, не содержится углерода более 1,5%.

Влияние углерода и примесей на свойства стали. Углерод суще­ственно влияет на свойства стали даже при незначительном измене­нии его содержания. В стали имеются две фазы — феррит и цементит (частично в виде перлита). Количество цементита возрастает прямо пропорционально содержанию углерода. Как уже говорилось, феррит характеризуется высокой пластичностью и низкой твердостью, а це­ментит, напротив, очень низкой пластичностью и высокой твердо­стью. Поэтому с повышением содержания углерода до 1,2% снижают­ся пластичность и вязкость стали и повышаются твердость и прочность.

Повышение содержания углерода влияет и на технологические свойства стали. Ковкость, свариваемость и обрабатываемость реза­нием ухудшаются, но литейные свойства улучшаются.

Для изучения микроструктуры металлов используют металлографические микроскопы. Подготовленный щлиф помещают перпендикулярно оптической оси микроскопа в плоскости, совпадающей с передней главной фокальной плоскостью объектива. Шлиф освещается проходящим через объектив почти параллельным оптической оси пучком света, который формируется посредством осветительной системы, которая состоит из источника (лампы), коллекторной линзы, апертурной и полевой диафрагм, вспомогательный линз и полупрозрачной пластины.

Световые лучи, отражаясь от участков поверхности шлифа, приблизительно нормальных оптической оси микроскопа, попадают в объектив, а те лучи, которые отражаются от неровной поверхности, не попадают в его поле. На конечном изображении поверхности шлифа, создаваемым окуляром, все отражающие свет участки, перпендикулярные оптической оси микроскопа, оказываются светлыми, а участки наклоненные к оси, темными. Благодаря этому выявляются элементы структуры металла, например границы зерен при подготовке шлифа обычно вытравляются в канавки, или частицы выделений, включения и поры.

Контрольные вопросы:

1.Что такое сталь?

2.Какие структуры стали вы знаете?

3.Чем отличаются доэвтектоидная, эвтектоидная и заэвтектоидная стали?

4.Влияет ли на твердость стали содержание углерода?

5.Какими свойствами обладают феррит, перлит и цементит?

6.За счет чего появляется изображение в металломикроскопе?

Содержание отчета:

1.  Тема и цель работы.

2.  Схема прибора.

3.  Рисунки рассмотренных образцов.

4.  Ответы на контрольные вопросы.

5.  Вывод.