3.4. Содержание отчета

1. Наименование работы и ее цель.

2. Оборудование и материалы, используемые при выполнении работы.

3. Краткое описание методов определения твердости и область их применения.

4. Таблица 3.1. сущность методов испытания для определения свойств металлов и сплавов.

5. Таблицы 3.2 и 3.3 с экспериментальными данными.

6. График зависимости твердости (HВ) от содержания углерода в стали и выводы.

3.5. Контрольные вопросы:

1. Дайте определение понятия “твёрдость”.

2. Объясните процесс измерения твёрдости материалов.

3. Какую роль в процессе измерений играет упругая деформация?

4. Чем обусловливается появление случайной погрешности в процессе измерений?

5. Каким образом неровности поверхности материала влияют на показания прибора и почему?

6. Объясните необходимость предварительной нагрузки в 10 кГ.

7. Какие методы определения твердости Вы знаете?

8. Почему у стали обыкновенного качества твердость может быть ниже, чем у пластмассы?

9. Чем интересен титан как конструкционный материал?

10. Объясните расхождения в измеренных значениях у одного образца.

11. Чем отличается определение твердости по Бринеллю и по Роквеллу?

12. Что будет, если для сглаживания неровностей образца между ним и измерительным столом поместить мягкую прокладку?

Литература

1. Материаловедение: учебник для вузов// Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. 3-е издание – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002, 648 С.

2. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. М.: Металлургия, 1975, 447 С.

Лабораторная работа № 6. Диаграмма состояния железо – углерод

6.1. Цель работы:

• Изучить диаграмму состояния железо-углерод.

• Изучить микроструктуры углеродистых сталей в равновесном (отожженном) состоянии. Установить зависимость между структурами и механическими свойствами углеродистых сталей.

• Изучить микроструктуры белых, серых, высокопрочных и ковких чугунов. Установить зависимость между составом, условиями получения, структурами и механическими свойствами чугунов.

6.2 Теоретическое обоснование Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом

Железо - металл сероватого цвета. Температура плавления - 1539 °С. Железо имеет две полиморфные модификации α, γ и δ. Модификация α существует при температурах ниже 911 °С. Кристаллическая решетка α-железа - объемно центрированный куб (ОЦК) с периодом решетки 0,28606 нм. Плотность α-железа 7,68 Мг/м³ . Вторая модификация γ-железо (Feγ) существует при температуре 911 - 1392 °С. Кристаллическая решетка - гранецентрированная кубическая (ГЦК) с периодом 0,3645 нм. В интервале 1392 - 1539 °С существует δ-железо с кристаллической решеткой объемно центрированного куба (ОЦК) с периодом решетки 0,293 нм.

Железо - серебристо-белый металл, плотность 7,86 г/см³. Тем­пература плавления 1539 °С. Чистое лабораторное железо содержит не более 10^-4 % примесей, технически чистое железо - 0,15 % примесей. Согласно диаграмме фазового равновесия железа, возможны 6 состояний железа: газообразное, четыре конденсированных (жидкое и 3 кристаллические полиморфные модификации) и плазма.

Полиморфизм - свойство вещества или материла изменять свою кристаллическую решетку при изменении температуры, Кристаллические формы α-Fe и γ-Fe существуют при нормальном атмосфер­ном давлении. Появление третьей ε-Fe возможно лишь при дейст­вии значительных давлений и повышенных температур.

Углерод - неметаллический элемент II периода IV группы периодической системы, атомный номер 6, плотность 2,5 Мг/м³ , температура плавления 3500 °С, атомный радиус 0,077 нм. В обычных условиях углерод находится в виде модификации графита, но может существовать в виде алмаза (т.е. углерод также обла­дает полиморфизмом). В обычных условиях углерод находится в виде модификации графита с гексагональной слоистой решеткой. Модификацию угле­рода в виде алмаза при обычных температурах и давлениях получить невозможно.

В системе железо - углерод различают следующие фазы: жидкий расплав, твердые растворы – .α-феррит, β- феррит и аустенит, а также цементит и графит.

Феррит (Ф) - твердый раствор углерода и других примесей в ОЦК-железе. Атом углерода располагается в решетке феррита в центре грани куба, где помещается сфера радиусом 0,031 нм, а также в дефектах кристаллической решетки. Предельная растворимость углерода в α-феррите 0,02% при температуре 727 ^оС и менее 0,01% при комнатной температуре, растворимость в δ–феррите - 0,1 %. Под микроскопом феррит выявляется в виде однородных полиэдрических (многогранных) зерен. Твердость и прочность феррита невысоки (σ_в=250 МПа, НВ =800 МПа).

Аустенит (А) - твердый раствор углерода и других примесей в γ-железе. Предельная растворимость углерода в γ-железе - 2,14 % при температуре 1147^оС и 0,8% при 727 ^оС. Атом углерода располагается в центре куба, в котором может разместиться сфера радиусом 0,051 нм, и в дефектных областях кристалла.

Цементит (Ц) - химическое соединение железа с углеродом - карбид железа Fe₃C, содержащий 6,67% С. Цементит имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. Температура плавления цементита точно не определена (около 1260°С). К характерным особенностям цементита относятся высокая твердость (НВ - 8000 МПа) и очень малая пластичность (δ около 0%).

Графит (Гр) имеет гексагональную слоистую кристаллическую решетку.

Межатомные расстояния в слоях небольшие (0,142 нм), расстояние между плоскостями - 0,340 нм. Графит мягок, обладает низкой прочностью.