- •Работа № 1 металлографические методы анализа металлов и сплавов
- •Макроскопический анализ
- •Назначение макроскопического анализа и приготовление макрошлифа
- •Исследование изломов
- •Выявление общей ликвации и полосчатости строения
- •Выявление ликвации серы
- •Порядок выполнения микроанализа
- •Содержание отчета по работе
- •Работа № 10 определение прокаливаемости стали
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета по работе
- •Работа № 11 термическая обработка инструментальной углеродистой и быстрорежущей сталей
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета по работе
- •Работа № 12 микроанализ легированных сталей
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета по работе
Порядок выполнения микроанализа
Ознакомиться с приготовлением микрошлифа стали.
Ознакомиться с принципиальной схемой металлографического микроскопа МИМ-7. Схему оптической системы микроскопа зарисовать.
Исследовать при помощи металлографического микроскопа при увеличении в 100 или 150 раз три микрошлифа, зарисовать и описать их строение:
имеющиеся на поверхности нетравленого шлифа неметаллические включения (сульфиды, окислы) микропоры, микротрещины и другие дефекты;
микроструктуру чистого металла или однофазного сплава, выявленную травлением, на образце должны быть выявлены границы зерен;
микроструктуру двухфазного сплава, выявленную травлением. На образце должны быть выявлены структурные составляющие, имеющие после травления различную окраску.
Рис. 3. Микроструктура чистого металла
или однофазного сплава
Рис. 4. Микроструктура двухфазного
сплава
Рис. 5. Схема, поясняющая различную
степень окраски зерен металла
Рис. 6. Схема, поясняющая видимость
границ зерен
Содержание отчета по работе
Краткие сведения из теории микроанализа.
Зарисовка и описание принципиальной схемы оптической системы металлографического микроскопа,
Зарисовки и описания микроструктуры:
выявленной на нетравленом шлифе;
однофазной, выявленной травлением в 3-5 - процентном растворе HNO3 в спирте;
двухфазной, выявленной травлением в 3-5 -процентном растворе HNO3 в спирте.
Работа № 10 определение прокаливаемости стали
Цель работы - ознакомление с методами определения прокаливаемости.
Краткие теоретические сведения
Под прокаливаемостью стали понимают способность стали получать закаленный слой с мартенситной или троосто-мартенситной структурой на большую или меньшую глубину.
Под закаливаемостью стали, понимают ее способность повышать твердость в процессе закалки.
Рис. 7. Твердость полумартенситной
зоны в зависимости от содержания в
стали углерода
Химического состава стали. Все элементы, растворяющиеся в аустените при температуре закалки (кроме кобальта), замедляют превращения переохлажденного аустенита и повышают прокаливаемость. Наиболее существенно повышают прокаливаемость марганец, молибден, никель, хром, вольфрам, кремний, бор. Устойчивость переохлажденного аустенита повышается, а критическая скорость закалки уменьшается только, если легирующие элементы растворены в аустените. Если легирующие элементы находятся в виде избыточных частиц карбидов, то они не повышают устойчивость аустенита и могут ее уменьшить, так как карбиды служат готовыми зародышами, облегчающими распад аустенита. Карбиды титана, ниобия и ванадия при нагреве под закалку обычно не растворяются в аустените и понижают прокаливаемость. Легирующие элементы, находящиеся в виде карбидов, не только создают дополнительные центры, способствующие распаду аустенита, но и измельчают его зерно, что также увеличивает критическую скорость закалки и уменьшает прокаливаемость. Элементы, повышающие прокаливаемость, увеличивают инкубационный период (время до начала распада переохлажденного аустенита), т.е. сдвигают вправо С-образные кривые изотермического распада аустенита (рис. Рис. 8).
Величины зерна. В углеродистой стали при укрупнении зерна от балла 6 до балла 1 - 2 глубина закаленного слоя возрастает в 2 - 3 раза. Почти все легирующие элементы в той или иной степени уменьшают склонность аустенитного зерна к росту. Наиболее заметно в этом отношении влияют титан, ванадий, цирконий, ниобий, вольфрам, молибден. Из них первые четыре элемента влияют наиболее сильно. Никель, кремний, кобальт, медь мало влияют на размер зерна. Исключение составляют марганец и бор, которые способствуют увеличению склонности зерна аустенита к росту.
Температуры нагрева. Увеличение температуры и длительности нагрева повышают прокаливаемость.
Охлаждающей способности закалочной среды (воздух, масло, вода и др.), а также величины изделия. Чем больше изделие, тем меньше прокаливаемость. Чем интенсивнее охлаждающая способность закалочной жидкости, тем больше прокаливаемость.
Рис. 8. Критические скорости охлаждения
для углеродистой (а) и легированной (б)
стали
Чтобы закалить сталь на мартенсит надо охлаждать ее со скоростью, больше критической . Критической скоростью закалки называется минимальная скорость охлаждения, при которой аустенит переохлаждается до температуры мартенситного превращенияи переходит в мартенсит. С уменьшением критической скорости закалки прокаливаемость увеличивается.
Кроме того, под критической скоростью закалки следует понимать скорость, соответствующую вектору, касательному к первой С–образной кривой изотермического распада аустенита (рис. Рис. 8). На рис. Рис. 8 также видно, что для легированных сталей С – образные кривые изотермического распада аустенита значительно смещаются вправо, что и приводит к резкому уменьшению критической скорости охлаждения.
Максимальный диаметр заготовки, в центре которой после закалки в данной охлаждающей среде образуется полумартенситная структура, называют критическим диаметром DK. Критический диаметр определяет размер сечения изделия, прокаливающегося насквозь, т. е. получающего высокую твердость, а после отпуска и высокие механические свойства по всему сечению. В связи с этим прокаливаемость нередко определяют по глубине закаленного слоя со структурой 95 % мартенсита. Критический диаметр для структуры 95 % мартенсита примерно на 25 % меньше критического диаметра, определенного по полумартенситной зоне. Полная прокаливаемость на структуру 99,9 % мартенсита составляет ~50 % полумартенситной прокаливаемости.
Прокаливаемость является важнейшим свойством стали. Это особенно важно для ответственных деталей (коленчатые валы, шестерни, валы). Кроме того, стали с повышенной прокаливаемостью можно закаливать в менее резких охладителях, чем вода, например, в масле и даже на воздухе, что уменьшает внутренние напряжения и коробление деталей.
Для каждого охладителя есть свое максимальное сечение, прокаливающееся насквозь.
Критический диаметр сталей колеблется в больших пределах и зависит в основном от содержания в стали легирующих элементов.
Минимальный критический диаметр для углеродистой стали, составляет 10 мм, но может повышаться и до 15, 20, 25 мм в зависимости от размера природного зерна, содержания в стали на максимуме марганца (0,6 %) и присутствия в стали в максимально допустимых количествах случайных примесей (хрома до 0,3 %, никеля до 0,2 %, меди до 0,1% и других элементов, повышающих прокаливаемость). Максимальный критический диаметр достигает и ~ 200 мм, например у легированных сталей 38ХНЗВА, 38ХНЗМФА, 38Х2Н2МА, 18X2H4MA.
Для определения критического диаметра образца могут быть применены два метода: метод пробной закалки и метод торцевой закалки.
Рис. 9. Прокаливаемость цилиндрических
образцов из одной и той же стали,
закаленных в воде (а) и масле (б);
- критический диаметр;- закаленная зона
Рис. 10. Форма образца для определения
прокаливаемости стали по методу торцевой
закалки: 1 – головка; 2 – охлаждаемый
торец
Охлаждается только торец образца.
Высота струи 12,5 мм.
Рис. 11. Установка для определения прокаливаемости по методу торцевой закалки
Рис. 12. Распределение твердости по
длине образца при определении
прокаливаемости по методу торцевой
закалки трех марок стали: а – углеродистой;
в – хромистой; с - хромоникельмолибденовой
Рис. 13. Определение прокаливаемости
стали (М. Е. Блантер): а - номограмма; б —
диаграмма (ГОСТ 5657—69)
Таким образом, применение метода торцевой закалки упрощает экспериментальные трудности при определении прокаливаемости стали и нахождении критических диаметров.
Рис. 14. График для определения полной
прокаливаемости по данным для
полумартенситной прокаливаемости