Материальное обеспечение занятий.

1.Образцы стали для всех видов испытаний.

2.Реактивы составов №1-6.

3.Водяная баня фарфоровой ванной и щипцами, установленными в вытяжном шкафу.

Правила по технике безопасности.

Все химические реактивы готовят в специальной посуде, имею­щей соответствующие надписи.

Травление осуществляют в кюветах, также снабженных надписями.

После проведения испытаний реактивы сливаются в первоначаль­ные емкости или раковину под струёй воды.

В процессе приготовления реактивов нельзя лить воду в кислоту, т.к. это может вызвать разогревание кислоты и её выброс.

При попадании реактива в глаза необходимо промыть глаза струей воды из крана и при необходимости вызвать врача.

Все электроприборы должны быть заземлены. Включение прибо­ров в электросеть осуществляется только в розетки, имеющие соответствующие подписи и показывающие напряжение и характер работ.

Контрольные вопросы

1. Что изучает металлографический анализ?

2. В чем отличие макро- и микроанализов?

3. Какие процессы иллюстрируют волокнистость изделия?

4. Как готовятся образцы для макроанализов?

5. Как изменяются свойства стали при повышенном содержании серы, фосфора?

6. Как выявляются ликвации фосфора, и серы в стали?

7. Какие дефекты могут быть обнаружены с сварном шве?

8. Какие дефекты могут быть обнаружены в стальных поковках и штамповках?

9. Что такое цементация стали и для чего ее применяют?

10. Как определить глубину цементации?

Лабораторная работа. №3 Микроанализ железоуглеродистых сплавов (сталей и белых чугунов) в равновесном состоянии.

Задание:

Занятие 1

1. Изучить диаграмму состояния железо-цементит и образова­ние микроструктур сплавов Fe₃C, используя фотокаталог и методи­ческие указания.

2. Составить краткий конспект.

Занятие 2

1. Изучить микроструктуры технического железа, углеродистых сталей, белых чугунов в равновесном состоянии с помощью металло­графического микроскопа.

2. Схематически зарисовать и описать изучаемые структуры.

3. Научиться определять содержание углерода в доэвтектоидной стали по ее микроструктуре.

4. Составить отчет по работе.

Цель работы: научиться производить микроанализ углеродистых ста­лей и белых чугунов в равновесном состоянии.

Под микроанализом понимают изучение строения металлов и сплавов с помощью металлографического микроскопа при увеличении в 50-2000 раз.

Микроскопическое исследование включает следующие этапы:

а) приготовление шлифов (взятие пробы, шлифование, полирова­ние и травление);

б) анализ структуры под микроскопом;

в) фотографирование структуры.

Для исследований под микроскопом готовят специальный образец, называемый микрошлифом. Образец (микрошлиф) для микроисследования металлов и сплавов вырезают из такого места в металле, которое яв­ляется наиболее важным в эксплуатационных условиях.

Образцы малых размеров (проволока, тонкий листовой материал, образцы неправильной формы) монтируют в специальных зажимах или заливают в металлических кольцах легкоплавким сплавом или др. веществом.

Одна из плоскостей вырезанного образца (в зависимости от поставленной задачи исследования) подвергается шлифованию на наждачной бумаге различных номеров с постепенно уменьшающимися номерами зерен абразива. После шлифования на наждачной бумаге с мелкими зернами абразива обрабатываемую плоскость образца полируют до полного удаления всех рисок, т.е. до получения ровной зеркальной поверхности.

Полирование осуществляется на вращающемся диске полировального станка, обтянутом замшей или сукном. Полирующей смесью служит взмученная в воде тонкая окись алюминия, хрома или железа. Более совершенным способом полирования шливов является электролитический метод. Отшлифованный образец помещают в электролит (растворы фосфорной, серной кислот и др.) и присоединяют к аноду (катодом является пластина из нержавеющей стали).

Изучение поверхности микрошлифа производят как в нетравленом виде, так и после травления. На нетравленной поверхности можно наблюдать шлаковые включения, включения окислов, силикатов, гра­фита и т.д.

Однако изучение нетравленной поверхности не позволяет выя­вить основную микроструктуру сплавов, т.к. почти все структурные составляющие находятся в одной плоскости шлифа и обладают прак­тически одинаковой отражающей способностью. Микроструктура металлов и сплавов выявляется в результате действия на полированную поверхность шлифа определенным химическим реактивом.

Химические реактивы подбирается в зависимости от свойств металлов и сплавов. Их состав, условия приготовления и применения реактивов можно найти в справочной литературе.

Сплавы представляют собой кристаллические тела, образовавшиеся в результате сплавления двух или более химически чистых веществ. Эти вещества называют компонентами сплава. Так, для металлических сплавов - цветных и железоуглеродистых - компонента­ми могут быть металлы (например, медь с цинком образует латунь) или неметаллы (железо с углеродом - чугун, сталь).

Компоненты сплава, взаимодействуя друг с другом при кристаллизации образуют различные фазы. Фазой называют однородную часть системы, имеющую одинаковый химический состав и отделенную от остальных частей (фаз) поверхностью раздела. Компоненты в твердых сплавах могут образовывать: механические смеси, твердые растворы и химические соединения.

Твердые растворы образуются в результате проникновения в кристаллическую решетку одного компонента элементарных частиц другого компонента. Твердые растворы бывают двух типов: твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения.

В твердых растворах замещения часть атомов(1) в кристаллической решетке одного из компонентов замещена атомами (2) другого (рис.2.1 а). Твердые растворы замещения образуются, например в сплавах железа с хромом, никелем и др.элементам.

а) б)

Рис.2.1. Схема атомно-кристалической структуры твердого раствора:

а) твердый раствор замещения;

б) твердый раствор внедрения.

В твердых растворах внедрения атомы (2) растворенного компонента внедряются в межатомные пространства кристаллической ре­шетки другого компонента - растворителя (рис.2.1.б). Твердый раствор внедрения образуется, например, в сплавах железа с угле­родом, азотом и др.

При химических соединениях компоненты вступают в химическое взаимодействие. К химическим соединениям относятся окисды, сульфиды, карбиды и др. Например, в сплавах железа с углеродом обра­зуется карбид железа, называемый цементитом. Химические соедине­ния оказывают большое влияние на свойства сплавов.

Механические смеси представляют собой смеси двух фаз, например, твердого раствора и хим. соединения. Механические смеси об­разуются, когда отсутствует взаимодействие между компонентами, нет взаимного растворения, компoнeнты не вступают в химические реакции и их кристаллические решетки различны.

Процесс кристаллизации сплавов и связанные с ним закономерности строения сплавов изучают по диаграммам состояния.

Диаграммы состояния - это графические изображения, показывающие в условиях равновесия фазовый состав и структурy сплавов в зависимости от температуры и хим. концентрации компонентов. По диаграммам состояния можно определить число фаз в сплавах, относительное количество каждой фазы, ее состав и природу (компонент, твердый раствор, химическое соединение), опредеделить температуру плавления, затвердевания и аллотропические изменения в сплавах.

Диаграммы состояния строят на основании результатов термического анализа, при котором для сплавов различного состава вычерчивают кривые охлаждения в координатах температура - время. На кривых охлаждения каждого сплава фиксируют температуры фазовых превращений (критические точки). Затем критические точки различных сплавов переносят на диаграмму состояния, которую строят в координатах температура - концетрации. Точки, соответствующие температурам начала и конца кристализации, температура начала распада твердых растворов, соединяют плавными кривыми. Примером диаграммы состояния являются диаграмма «железо-цементит» (см. рис.2.2).

Рис. 2.2. Диаграмма состояния "железо-цементит"