2. Методика выполнения работы

Выучить название фаз, линий диаграммы и фазовые превращения сплавов. Выполнить в масштабе диаграмму состояния сплавов Fe-C. С левой стороны диаграммы построить кривую охлаждения сплава, концентрация которого задается преподавателем. На каждом участке кривой охлаждения указывать фазовые превращения, которые проходят в сплаве в данном температурном интервале.

Содержание отчета

1. Тема лабораторной работы.

2. Цель работы.

3. Теоретическая часть.

4. Диаграмма состояния сплава Fe-C с кривой охлаждения для заданной концентрации компонентов с описанием фазовых превращений.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие фазы присутствуют на диаграмме Fe-C?

2. Как называются линии на диаграмме?

3. Какие полиморфные модификации имеет железо?

4. Дать определения феррита, аустенита, цементита, перлита, ледебурита.

5. Как классифицируются сплавы в зависимости от содержания углерода?

6. Что представляют собой эвтектика и эвтектоид на диаграмме Fe-C?

7. Какая предельная растворимость углерода в феррите и аустените в зависимости от температуры?

8. Какое содержание углерода в цементите?

Микроструктурный анализ железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии цель работы

Познакомиться с классификацией железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии по содержанию углерода и микроструктуре, а также провести их микроструктурный анализ.

1. Теоретическая часть

Микроструктурный анализ железоуглеродистых сплавов в равновесном (отожженном) состоянии проводится при комнатной температуре.

В зависимости от процентного содержания углерода и микроструктуры данные сплавы делятся на стали (до 2,14 % С) и чугуны (свыше 2,14 % С).

Стали, в свою очередь, подразделяются на эвтектоидные (0,8 % С), доэвтектоидные (менее 0,8 % С) и заэвтектоидные (более 0,8 % С).

Согласно диаграмме состояния сплавов “железо - углерод” сплавы с содержанием углерода менее 0,006 % являются однофазными, имеют структуру феррита и называются “техническое железо”. Феррит имеет зернистое строение (рис. 1).

феррит

Рис. 1. Техническое железо

Сплавы с содержанием углерода от 0,006 до 0,2% имеют двухфазную структуру — феррит и цементит третичный, количество которого очень мало; при увеличении 100...350^х с помощью оптического микроскопа цементит третичный не виден, поэтому наблюдаются только зерна феррита (см. рис. 1).

Сплавы с содержанием углерода от 0,02 до 0,8 % (доэвтектоидные стали) имеют структуру феррит и перлит (рис. 2).

феррит

перлит

Рис. 2. Доэвтектоидная сталь

Гр

Перлит представляет собой механическую или эвтектоидную смесь феррита и цементита вторичного; количество перлита в доэвтектоидной стали возрастает пропорционально увеличению содержания углерода, а количество феррита уменьшается.

Сплав с содержанием углерода 0,8 % (эвтектоидная сталь) имеет структуру перлит. Пластинчатый перлит предоставляет собой чередующиеся пластинки феррита и цементита вторичного (рис. 3).

Рис.З. Эвтектоидная сталь

Сплавы с содержанием углерода от 0,8 до 2,14% (заэвтектоидная сталь) имеют структуру перлит и цементит вторичный в виде сетки по границам зерен перлита (рис. 4).

Чугуны подразделяются на эвтектические (4,3% С), доэвтектические (менее 4,3% С) и заэвтектические (более 4,3 % С).

Сплавы с содержанием углерода от 2,14 до 4,3% (доэвтектический чугун) имеют структуру перлит, цементит вторичный и ледебурит (рис. 5).

Ледебурит представляет собой механическую или эвтектическую смесь перлита и цементита первичного.

Сплав с содержанием углерода 4,3 % (эвтектический чугун) имеет структуру ледебурит (рис. 6).

Сплавы с содержанием углерода более 4,3 % (заэвтектический чугун) имеют структуру ледебурит и цементит первичный, который кристаллизуется из расплава в виде крупных пластин (рис. 7).

цементит

первичный

ледебурит

Рис. 7. Заэвтектический чугун

Излом доэатектического, эвтектического и заэвтектического чугунов имеет белый матовый цвет, благодаря чему чугун получил свое название - белый. Для его структуры характерно наличие ледебурита. Чем больше содержание углерода, тем выше твердость чугуна.

Есть чугуны, у которых углерод полностью или частично выделился в свободном состоянии в виде графитовых включений. В зависимости от их формы чугуны подразделяются на серый, ковкий и высокопрочный.

Серым называется чугун, графитовые включения в котором имеют вид пластин (рис. 8).

феррит

графит

перлит

перлит

феррит

графит

графит

а в

Рис. 9. Ковкий чугун: а - ферритная металлическая основа; б - ферритно-перлитная металлическая основа; в - перлитная металлическая основа

Различная металлическая основа серого, ковкого и высокопрочного чугунов образуется в зависимости от скорости охлаждения и режима термической обработки.

Чугун, имеющий графитовые включения в виде мелких шариков называется высокопрочным (рис. 10).

При длительной выдержке и малой скорости охлаждения весь углерод успевает выделиться полностью в свободном состоянии в виде графитовых включений, и металлическая основа будет ферритная; Если скорость охлаждения выше, то часть углерода (меньше 0,8 %) будет оставаться в связанном состоянии в виде цементита; следовательно, металлическая основа будет ферритно-перлитная. А если скорость охлаждения еще выше, то углерода в связанном состоянии будет 0,8% и металлическая основа будет перлитная.