МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ»

Кафедра «Ремонт машин и технология конструкционных материалов»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе,

профессор П.Б. Акмаров

«___»____________2009 г.

Лабораторная работа

Микроструктура углеродистых сталей в равновесном состоянии

Методическое пособие для студентов Агроинженерного факультета подготовки инженеров и бакалавров специальностей:

МСХ, ТОРМ, ЭАСХ, МПСХП

311300, 311900, 311400, 311500

Издание 2-е переработанное

Ижевск 2009 г

УДК 621.9.02.(031)

ББК 34.63-56я2

Г 35

Методическое пособие составлено на основе Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования, утвержденного 05.04.2000 г.

Рассмотрено и рекомендовано к изданию кафедрой РМТКМ, протокол № ____ от____________ 2009 г. рекомендовано к изданию методической комиссией Агроинженерного факультета ФГОУ ВПО «ИжГСХА», протокол № ____ от __________2009 г.

Рецензент:

Кандидат технических наук, доцент кафедры МСХ

Большаков В.И.

Составители:

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры РМТКМ

Дронзиков В.А.

Издание 2-е переработанное

Микроструктура углеродистых сталей в равновесном состоянии. Лабораторная работа./Сост.: Дронзиков В.А..., Ижевск: РИО ИжГСХА, 2009 г. – 8с. Издание 2-е переработанное.

Пособие представляет электронную версию и содержит цель, краткую теорию формирования микроструктуры в стальной области диаграммы железо-цементит, методику выполнения работы и отчета по ней. Приведены примеры фотографий и схемы изображения типичных микроструктур. Дана классификация и обозначение углеродистых сталей.

УДК 620.22.(031)

ББК 30.3

©Р ИО ИжГСХА, 2009 г.

©Дронзиков В.А. сост., 2004, 2009 г.

Изучение микроструктуры сталей

1.Краткая теория

1.1. Структуры углеродистых сталей

Настоящая работа ставит целью ознакомить студентов со структурами углеродистых сталей в равновесном состоянии и установить связь между структурами и диаграммой состояния. Основой для определения фаз и структурных составляющих углеродистых сталей в равновесном состоянии является стальной участок диаграммы железо-углерод (рис. 1).

Структурные составляющие углеродистых сталей следующие:

1.Феррит (почти чистое железо) – твердый раствор (внедрения) углерода в α-железе.

2.Аустенит – твердый раствор (внедрения) углерода в γ-железе..

3.Цементит (иначе – карбид железа) – химическое соединение, отвечающее формуле Fe₃C.

4.Перлит – эвтектоидная механическая смесь (0,8%С) двух фаз – связанных между собой частиц феррита и цементита, образующая самостоятельное зерно.

1.2. Доэвтектоидные стали

а) б) в)

П

20%

Феррит Ф Сталь 20 Сталь 40

Ф 50%

( ои 0,2 д)

П

50%

до 0,025% С 0,2 % С 0,40 % С

Рис. 1.1

Доэвтектоидные стали содержат менее 0,8% углерода. При нормальной температуре структура зерна доэвтектоидных сталей состоит из феррита при содержании в стали менее 0,005% С. При содержании углерода от 0,005 до 0,025% С – из феррита и третичного цементита (на структуре цементит не виден из-за высокой дисперсности частиц). Третичный цементит в основном снижает ударную вязкость низкоуглеродистых сталей. Структура сталей в диапазоне содержания углерода до 0,025% С представлена рис. 1.1- а и 7.1- а.

При содержании от 0,025 до ‹ 0,8 % С структура состоит из механической смеси зерен феррита и перлита (Рис.1.1- б, в; и Рис. 7.1- б, в).

Рассмотрим в соответствии с диаграммой состояния железо-цементит (Рис. 1.2.) фазовые превращения, происходящие при медленном охлаждении из аустенитной области доэвтектоидной стали 40, содержащей 0,4% С.

При охлаждении аустенита до температуры выше критической точки А₃ (линия GSE), никаких превращений в нем не происходит. При достижении температуры отвечающей точке А₃ (точнее немного ниже точки А₃), из аустенита начинает выделяться феррит. Процесс выделения феррита теоретически будет идти от точки А₃ до А₁ (линия GPK), при этом концентрация углерода в аустените будет увеличиваться (в соответствии с линией GS), так как феррит практически не содержит углерода.

При 727⁰ (точнее немного ниже 727⁰) в стали происходит превращение: аустенит (А) эвтектоидного состава 0,8% С распадается и превращается в перлит П=(Ф+Ц), образующий зерна, состоящие из механической смеси феррита и цементита. При эвтектоидном превращении в стали на линии PSK находятся три фазы: аустенит, феррит и цементит. После полного распада аустенита ниже линии PSK микроструктура стали состоит из феррита и перлита – ферритно-перлитная сталь. В равновесных условиях доэвтектоидный и эвтектоидный перлит формируется в виде чередующихся пластин феррита и цементита – пластинчатый перлит. В результате на шлифе, при достаточном увеличении, видна характерная муаровая картина строения зерна перлита (рис. 7.2-а). На изломе такой металл имеет перламутровый оттенок, вследствие чего перлит и получил свое название.

С увеличением содержания углерода количество феррита в доэвтектоидных сталях уменьшается, а количество перлита – увеличивается. При содержании в стали 0,8% С количество перлита равно 100% (эвтектоидная или перлитная сталь).

По микроструктуре, с достаточной для практических целей точностью, можно определить содержание углерода в отожженных углеродистых доэвтектоидных сталях или наоборот, зная содержание углерода, можно определить соотношение феррита и перлита.

Принимая феррит за чистое железо, практически (с определённой долей условности) можно считать, что весь углерод в доэвтектоидных сталях находится в перлите.

Тогда при известном содержании углерода в стали, количество перлита

П = С/0,8 × 100% = 0.4/0,8×100 = 50%.

Микроструктура доэвтектоидной стали при С > 0,025 состоит из феррита и перлита: при правильном травлении, феррит в виде белой, а перлит – в виде темной составляющей (Рис. 7.1).