Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Программа дисциплины'
Требования к студентам: теоретической базой курса являются основы экономической теории, курсы «Экономика фирмы», «Менеджмент», «Корпоративные финансы»...полностью>>
'Документ'
7. Задан массив X, состоящий из пяти элементов. Вычислить зна­чения функции y=0.5*ln(x) при значениях аргумента, заданных в массиве X, и поместить их ...полностью>>
'Документ'
Особенности строения соединительной тканей и их пищевое значение 1 . Строение и функции мышечной тканей 13. Какие ткани входят в состав мышц и костей?...полностью>>
'Урок'
В ходе урока-презентации новый материал представлен в виде ряда слайдов с текстом, таблицами и иллюстрациями, позволяющими оживить рассказ учителя и о...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

МИКРОСТРУКТУРА СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ

Цель работы: Изучить классификацию, микроструктуру, свойства и назначение сталей и чугунов.

  1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

В машиностроении используются детали из заготовок, полученных способами обработки давлением или литьем. Широкое применение имеют стали и чугуны. Стали являются деформируемым материалом, иногда применяется стальное литье. Чугуны представляют собой, как прави­ло, литейные материалы. Примеры использования этих материалов даны ниже. Легковой автомобиль среднего класса массой 1000…1100 кг имеет детали из разных сталей, составляющие 57…60 % его массы (США, Западная Европа). В станкостроении общая масса чугунных деталей равна в среднем 70…80 % от массы металлорежу­щего станка.

Основу химического состава сталей и чугунов составляет железо с добавками углерода менее 2,14 % (стали) или более 2,14 % (чугуны). У многих марок этих материалов дополнительно содержатся легирующие химические элементы (хром, кремний, марганец, никель, молибден и др.). Перечень основных видов сталей и чугунов по государственным стандартам приведен в табл. 3 и 4. В машиностроении преиму­щественно применяются конструкционные стали и отливки из чугунов, используемые для изготовления деталей машин и различных сооруже­ний, и инструментальные стали для металлорежущих, штамповых, из­мерительных и других инструментов.

При изучении строения и определении качества металлических ма­териалов в материаловедении широко используется микроструктурный анализ.

Микроанализ - изучение строения поверхностей шлифо­ванных, полированных и протравленных образцов - микрошлифов с по­мощью металлографических оптических микроскопов при увеличениях обычно от ´100 до ´1000.

Наблюдаемое при этом строение поверхности шлифа называется микроструктурой. Микроструктура разных по химичес­кому составу материалов и после их различной обработки отличается по размеру, геометрической форме, цвету, взаимному расположению отдельных структурных составляющих

Микроанализ основан на использовании законов отражения и пог­лощения световых лучей от поверхности непрозрачных металлических материалов (рис. 3). Полированная металлическая поверхность от­ражает направленные на нее перпендикулярно световые лучи и видна в окуляр микроскопа как светлая. При наличии в материале неметалли­ческих составляющих структуры они видны как темные, так как погло­щают световые лучи.

Стали, получаемые кислородно - конверторным, электросталеплавиль-ным и другими способами, содержат неметаллические включения. Это химические соединения металлов (железа, алюминия, и др.) с неметаллами (серой, кислородом, азотом и др.).

Таблица 3. Перечень основных разновидностей сталей по государственным стандартам

№№ ГОСТа

Наименование стандарта

380-88

535-88

1050-88

1414-75Е

1435-90

4543-71

5632-72

5950-73

14959-79

19265-73

Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки.

Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества. Общие технические условия.

Прокат сортовой, калиброванный со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия.

Прокат из конструкционной стали высокой обрабатываемости резанием. Технические условия

Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали

Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия

Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.

Прутки и полосы из инструментальной легированной стали. Технические условия

Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали. Технические условия.

Прутки и полосы из быстрорежущей стали. Технические условия.

Таблица 4. Перечень основных разновидностей чугунов по государственным стандартам

№№ ГОСТа

Наименование стандарта

1215-79

1412-85

1585-85

7293-85

7769-82

28394-89

Отливки из ковкого чугуна. Общие технические условия.

Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки.

Чугун антифрикционный для отливок. Марки.

Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки.

Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки.

Чугун с вермикулярным графитом для отливок. Марки.

Рис. 3. Схема отражения световых лучей от поверхности полированного (а) и подвергнутого травлению (б) микрошлифа.

Основными видами неметаллических включений в стали по ГОСТ 1778-70 являются оксиды, сульфиды, силикаты, нитриды и карбонитриды (MnS, SiO2, TiN, nFeO mMnO pSiO2 и др.). Оксиды и нитриды являются хрупкими и при прокатке стали располагаются в виде строчек или рассредоточенных точечных частиц. Пластичные сульфиды получают форму продолговатых линз. Силикаты имеют сложный химический состав и могут быть пластичными или хрупкими.

После травления шлифа химическим реактивом различные структур­ные составляющие материала растворяются в разной степени, т.е. возникает некоторый рельеф поверхности (наличие выступающих и углубленных участков). На отдельных участках этого рельефа световые лучи отражаются в разной степени и участки поверхности шлифа видны в окуляр как светлые и темные различных оттенков.

Данные о фазовом строении и структуре материалов в равновесном состоянии получают из приведенных в учебниках и справочниках диа­грамм состояния. Такие диаграммы состояния в координатах «темпера­тура - химический состав» содержат информацию о фазах (первичных составляющих микроструктуры), имеющихся в отдельных областях диа­грамм, разделенных сплошными линиями. Эти данные относятся к рав­новесному состоянию сплавов. Применительно к сталям и чугунам диаграмма состояния железо – углерод дана на рис. 4.


Рис. 4. Диаграмма состояния железо – углерод

Метастабильная диаграмма состояния железо-углерод относится к случаю полной растворимости компонентов в жидком состоянии выше линии ликвидуса ABCD и ограниченной растворимости углерода в железе в твердом состоянии. У железа наблюдаются два полиморфных превращения:

tG tN

Fe Fe ; Fe Fe

Железо модификаций  и  имеет соответственно кристаллические решетки объемоцентрированного куба (ОЦК) и гранецентрированного куба (ГЦК). В связи с наличием у железа полиморфных превращений на диаграмме состояния железо-углерод образуются три области твердых растворов углерода в железе:

- область NJESGN твердого раствора  (аустенита А), т.е. раствора углерода в Fe (ГЦК);

- две области QPGQ и AHNA твердого раствора  (феррита Ф), т.е. раствора углерода в Fe (ОЦК).

В правой части метастабильной диаграммы состояния железо-углерод имеется узкая область DFKLD твердого раствора небольшого количества железа в химическом соединении Fe3C, т.е. цементита Ц.

Следовательно, в сплавах метастабильной диаграммы состояния железо-углерод существуют следующие фазы: жидкий раствор углерода в железе, феррит, аустенит, цементит. Остальные области диаграммы состояния, ограниченные сплошными линиями, являются двухфазными, т.е. состоят из тех или иных двух фаз.

На диаграмме состояния имеются также горизонтальные линии трехфазных равновесий при постоянных температурах, где в равновесном состоянии существуют по три фазы:

 линия HJB перитектического превращения:

tHJB


Жв + Фн АJ

 линия ECF эвтектического превращения:

tECF


Жc е (Ае + ЦF) (эвтектика-ледебурит Л)

 линия PSK эвтектоидного превращения:

tPSК


АS е (Фр + ЦК) (эвтектоид - перлит П)

В сплавах железо – углерод - кремний в зависимости от количества углерода и кремния, численной величины скорости охлаждения существовуют две разновидности диаграммы состояния железо-углерод: метастабильная (железо-цементит) и стабильная (железо - графит).

У сталей и чугунов в равновесном состоянии имеются следующие фазы:

Жидкий раствор (Ж) на основе железа.

Феррит (Ф)- твердый раствор углерода и легирующих элементов в железе Fеa с кристаллической решеткой объемно-центрированного куба (ОЦК). Феррит имеет твердость НВ 80-90, пластичен (относитель­ное удлинение 50 %).

Аустенит (А) - твердый раствор углерода и легирующих элемен­тов в железе Feg с кристаллической решеткой гранецентрированного куба (ГЦК).

Цементит (Ц) - раствор небольшого количества железа в карбиде железа Fe3C.

Образуются также и более сложные структурные составляющие из двух фаз, наблюдаемые в микроструктуре:

Перлит (П) в виде темных (коричневых) участков, состоящий из ферритной основы и кристаллов цементита пластинчатой формы (пластинчатый перлит). Он образуется при медленном охлаждении в сталях и чугунах в результате следующего фазового превращения аустенита:

tpsk


А Ф + Ц (П)

Особой термической обработкой может быть получен зернистый перлит, состоящий из феррита и частиц цементита в форме мелких зерен.

Ледебурит (Л) в виде пестрых бело-темных участков, состоящий из белого цементита -основы и темного перлита в виде округлых или удлиненных частиц (ниже 727°С). Выше температуры 727°С этот леде­бурит состоит из цементита и аустенита :

tecf


Ж А + Ц (Л)

Многочисленные стали разных марок, отличающиеся химическим составом, по микроструктуре в равновесном состоянии разделяются на шесть основных структурных классов (табл. 5). Представление о структурных классах чугунов дает табл. 6 и структурная диаграмма на рис. 5. Формы включений графита показаны на рис. 6.

Рис. 5. Структурная диаграмма чугунов (толщина стенки отливки постоянная)


Рис. 6. Характерные геометрические формы включений графита в конструкционных чугунах (без травления шлифов): а - пластинчатая, б - шаровидная, в – вермикулярная, г - хлопьевидная (компактная).

Таблица 2.3. Структурные классы сталей в равновесном состоянии

Структурный класс стали

Химический состав

Микро-структура

Типовое применение в машиностроении

Углерод

С

Типичные легирующие элементы

Доэвтектоидные стали

Ср<С<Сs

Cr, Mn, Ni и др.

Феррит + перлит

Конструкционные стали

Эвтектоидные стали

C= Сs

Cr, W, V и др.

Перлит

Инструментальные стали

Заэвтектоидные стали

СsE

Cr

Перлит и карбиды вторичные

Инструментальные стали

Стали карбидного (ледебуритного) класса

CE

Хром, вольфрам (до 6…12 %)

Перлит, карбиды первичные и вторичные

Инструментальные стали

Стали аустенитного класса

Десятые доли % и менее

Никель, марганец (до 13…20 %)

Аустенит легированный

Коррозионно- стойкие стали. Жаропрочные стали

Стали ферритного класса

Кремний, хром

Феррит легированный

Электротехнические стали. Кислотостойкие стали



Похожие документы:

  1. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 150700 «Машиностроение». Удк 620. 18: 669

    Документ
    ... области диаграммы состояния? ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 МИКРОСТРУКТУРА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ Цель работы Изучение микроструктуры отожженных углеродистых сталей. Материалы и оборудование для ...
  2. Практикум по дисциплине «Материаловедение и технологии конструкционных материалов» для специальностей 2701202. 65 «Промышленное и гражданское строительство»

    Документ
    ... работа № 2 «Термическая обработка сталей» Цель работы - ознакомиться с методиками термической обработки сталей ... и микроструктура контролируются испытаниями ... металлы (сталь и чугун), стальной ... Методические указания к лабораторным работам по курсу “МиТКМ ...
  3. Отчёт по магистерской диссертации на тему: «Электронный вариант отдельных глав к лекционному курсу физического материаловедения, дополненного постановкой лабораторных работ»

    Отчет
    ... лабораторную работу по определению зависимости микротвёрдости от процентного содержания углерода в доэвтектоидных сталях ... от цели исследования и формы детали. Микроструктуру литых ... в сером чугуне). Неметаллические включения в стали и чугуне, вследствие ...
  4. Диаграмма состояния системы железо углерод является одной из важнейших диаграмм двойных систем, потому что наиболее распространенные в технике сплавы стали

    Реферат
    ... работы Д.К. Чернова. Он открыл существование критических точек в стали ... в специальных лабораторных условиях, а ... + Fе3С). На рис. 5 изображена микроструктура стали с 0,3 % С после медленного охлаждения ( ... целях улучшения механических свойств серых чугунов ...
  5. Единый тарифно-квалификационный справочник работ и профессий рабочих (2)

    Документ
    ... режимов работы радиоблоков с целью обеспечения максимальной ... работ. Металлографический анализ спецсплавов углеродистых сталей, чугунов ... макро- и микроструктур. Термообработка образцов ... сталей. Определение лабораторными методами прокаливаемой стали ...

Другие похожие документы..