Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Изучение микроструктуры и свойств углеродистых сталей





· Русский сад не является в строгом смысле ни пейзажным, ни регулярным, а представляет собой смесь этих стилей.

· Сад носит утилитарный характер. В нем обязательно должны присутствовать плодовые деревья и кустарники.

· Симметрия не соблюдается в русских садах не по принципиальным, как в пейзажных парках, соображениям, а потому, что они разбиваются наиболее простым и удобным способом.

Русское парковое искусство создавалось на русской земле, русскими мастерами и в гармоничном сочетании с русским пейзажем. Эта связь особенно ярко подчеркивается в Павловском парке и в парках Петергофа.

Русские парки, несмотря на сильное влияние классических парков Европы, самобытны по содержанию и стилю.

Русские усадьбы отличает большая свобода и естественность, чем английские пейзажные парки. Часто собственно парк вовсе не заканчивался, переходя в лес. Придает своеобразие совмещение в парковых объектах хозяйственных и эстетических функций. Пейзаж здесь строится из рыбных прудов, плодовых садов, погребов с беседками над ними.

 

Лабораторная работа №4

Изучение микроструктуры и свойств углеродистых сталей

Цель работы:

Рассмотреть диаграмму железо-углерод. Изучить структуры углеродистых сталей и установить их влияние на механические свойства.Определить содержание углерода в исследуемых сталях и их марки.

Теоретическая часть:

Железоуглеродистые сплавы, содержащие углерода менее 2,14 %, называются сталями, а более 2,14 % - чугунами. Кроме того, в состав сплава обычно входят Mn, Si, S и P. Некоторые элементы могут быть введены для улучшения физико-химических свойств специально (легирующие элементы).

Структура стали в равновесном состоянии зависит от содержания в ней углерода. После полного отжига в углеродистой стали присутствуют следующие фазы и структурные составляющие: феррит, цементит, перлит.

Феррит (Ф) - твердый раствор углерода в α-железе. Он является продуктом диффузионного превращения аустенита при его охлаждении ниже температур линии GPSK (см. рис. 1).

Под микроскопом феррит наблюдается в виде светлых зерен неодинаковой яркости (рис. 2), из-за неодинаковой травимости вследствие анизотропии свойств. Растворимость углерода в феррите изменяется с изменением температуры, что отражается на диаграмме состояния (рис. 1) - линия GPQ. Максимальное содержание углерода в феррите при комнатной температуре достигает 0,006 %.

Цементит (Ц) - химическое соединение углерода с железом - карбид железа Fe3C. Кристаллическая решетка цементита сложная ромбическая. Цементит обладает металлическим блеском, тепло- и электропроводностью, малыми магнитными свойствами до температуры 210°С. В зависимости от условий охлаждения аустенита цементит может иметь зернистую или пластинчатую форму. Цементитная сетка из пластинок, охватывающих зерна перлита в структуре заэвтектоидной стали, снижает ее пластичность и прочность, а увеличивает твердость.

Перлит (П) - эвтектоидная смесь из кристаллов цементита и феррита, образующаяся при диффузионном распаде аустенита в результате медленного охлаждения последнего. Содержание углерода в перлите 0,8 % (точка S, рис. 1).

Форма и размер цементитных частиц в перлите существенно влияют на свойства стали. Так, например, зернистый перлит более пластичен и имеет

 

Рис. 1 – Диаграмма состояния сплавов системы железо–углерод

меньшую твердость, чем пластинчатый. С уменьшением размера цементитных частиц твердость и прочность перлита возрастают.

Сплавы с содержанием углерода до 0,006 % состоят из феррита, а в интервале концентраций 0,006-0,02 % - из феррита и цементита третичного, который выделяется по границам ферритных зерен вследствие изменения растворимости углерода в феррите при понижении температуры (см. рис. 1).

Доэвтектоидные стали содержат от 0,02 до 0,8 % углерода. Количество перлита увеличивается, а феррита уменьшается пропорционально увеличению содержания углерода. По соотношению площадей, занимаемых в исследуемой структуре перлитом и ферритом, что с определенной степенью точности соответствует соотношению их объемов, можно определить содержание углерода в стали. Для того чтобы подсчитать содержание углерода в доэвтектоидной стали, необходимо определить площадь занимаемую перлитом на микрошлифе относительно всего поля зрения, и умножить на содержание углерода в перлите (0,8 % - см. рис. 1).

Пример: площадь, занятая перлитом fЦ= 0,6 (относительно 1). Тогда содержание углерода в данном образце будет: 0,8×0,6 = 0,48 %.

Зная процентное содержание углерода, можно определить марку стали.

Заэвтектоидные стали содержат углерода более 0,8 %. Они состоят из перлита и цементита вторичного, который расположен обычно в виде светлой сетки или светлых вытянутых зерен по границам зерен перлита. Содержание цементита вторичного в структуре заэвтектоидной стали возрастает с увеличением концентрации углерода. Влияние углерода на свойства стали в основном определяются свойствами цементита и связано с изменением содержания основных структурных составляющих - феррита и цементита.

Стали, классифицируют по самым различным признакам:

- Химический состав

• углеродистые

• легированные

Углеродистые подразделяют на:

• малоуглеродистыми, углерода менее 0,25%;

• среднеуглеродистыми, углерода 0,25-0,60%;

• высокоуглеродистыми, концентрация углерода превышает 0,60%.

Легированной называют сталь, в состав которой специально вводят определенное количество легирующих элементов: Cr, Ni, W и другие, для улучшения качества стали и придания ей заданных физико-механических свойств (износо- и коррозионной стойкости, твердости, жаропрочности, жаростойкости, магнитных свойств и т.п.).

Легированные стали подразделяют на:

• низколегированные, легирующих элементов до 2,5%

• среднелегированные, от 2,5 до 10% легирующих элементов;

• высоколегированные, свыше 10% легирующих элементов.

- Назначение

По назначению стали бывают:

• конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий;

• инструментальные, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода;

• c особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками или малым коэффициентом линейного расширения;

• c особыми химическими свойствами, например, нержавеющие;

- Качество

В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора - стали подразделяют на:

• Обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.

• Качественные - до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.

• Высококачественные - до 0,025% серы и фосфора.

• Особовысококачественные - до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

- Степень раскисления

По степени удаления кислорода из стали, т. е. по степени её раскисления, существуют:

• спокойные, т.е. полностью раскисленные и обозначаются буквами "сп" в конце марки (иногда буквы опускаются);

• кипящие стали - слабо раскисленные и маркируются буквами "кп";

• полу спокойные, занимающие промежуточное положение и обозначаются буквами "пс".

Легирующие элементы, входящие в состав стали, обозначают буквами:

А – азот К – кобальт Т – титан

Б – ниобий М – молибден Ф- ванадий

В – вольфрам Н – никель Х – хром

Г – марганец П – фосфор Ц – цирконий

Д – медь Р – бор Ю – алюминий

Е – селен С – кремний Ч – редкоземельные металлы

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве.

В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают:

- Белый чугун — это тот, в котором весь углерод находится в связанном состоянии. Белый чугун для изготовления деталей машин не используют, поскольку он обладает высокой твердостью (НВ 450 - 550), хрупок и практически не поддается обработке режущим инструментом.

- Половинчатый чугун тот, в котором одна часть углерода находится в связанном состоянии (Ссвяз. > 0,8 %), а другая в свободном. Излом половинчатого чугуна частично белый (в местах залегания ледебурита), частично серый. Половинчатые чугуны для изготовления деталей машин не используются.

- Серый чугун тот, в котором большая часть углерода или почти весь углерод находится в свободном состоянии, а в связанном состоянии может быть до 0,8 % С. В структуре серого чугуна имеется графит, количество, форма и распределение которого могут изменяться в широких пределах.

Графит в сером чугуне может быть разным по форме включений: пластинчатым, хлопьевидным и шаровидным.

• серые - пластинчатая или червеобразная форма графита;

Отливки из серых чугунов широко применяют в машиностроении.

• высокопрочные - шаровидный графит;

Такой чугун получают модифицированием расплава магнием. Магний вводят в жидкий чугун перед разливкой в количестве 0,03 — 0,07 %. Под воздействием магния при кристаллизации чугуна графит приобретает шаровидную форму.

• ковкие - хлопьевидный графит.

По сравнению с пластинчатым графитом хлопьевидный графит располагается в металлической основе чугуна более компактно, включения графита не действуют как острые надрезы, и поэтому такие включения в меньшей степени ослабляют металлическую основу.

Форма графитных включений мало влияет на твердость чугуна; однако на прочность и пластические свойства она оказывает значительное влияние. Наиболее благоприятной формой графита является шаровидная, а пластинчатый графит снижает прочность и пластичность чугуна. Графит обладает низкими механическими свойствами, и включения графита действуют так, как будто бы в металлической основе имеются пустоты, внутренние надрезы, которые разобщают и ослабляют эту основу. Включения графита пластинчатой формы действуют как острые внутренние надрезы или трещины, ослабляющие металлическую основу и уменьшающие прочность и пластичность чугуна. Чем крупнее пластинки графита и менее равномерно распределены по объему, тем меньше прочность чугуна при растяжении. Чем компактнее форма включений графита и чем меньше их количество, тем в меньшей степени они ослабляют металлическую основу, тем выше прочность и пластичность чугуна при одной и той же структуре металлической основы. Так, чугун с шаровидной формой включений графита имеет значительно более высокую прочность при растяжении и изгибе, чем чугун с пластинчатой формой графитных включений.

Следует отметить, что в определенных случаях наличие графита в структуре полезно и дает чугуну преимущества перед сталью:

- включения графита облегчают обрабатываемость чугуна резанием;

- благодаря смазывающему действию графита чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами, т. е. хорошо работает на трение;

- чугун с включениями графита обладает способностью быстро гасить вибрации, колебания;

- графит делает чугун практически нечувствительным к поверхностным надрезам и другим дополнительным дефектам на поверхности.

Следует также отметить хорошие литейные свойства чугуна, дающие ему преимущество по сравнению со сталью.

Микроструктура углеродистой стали

Рис.2Схема микроструктур стальных отливок (белое поле — феррит, заштрихованное — перлит)

 

Микроструктура углеродистой стали зависит от содержания углерода. При содержании 0,1% С сталь имеет преимущественно ферритную структуру (рис. 1). С увеличением содержания углерода в стали увеличивается количество перлита и при 0,8% С сталь имеет чисто перлитную структуру (рис 2), при этом ее прочность и твердость увеличиваются, а пластичность и магнитная проницаемость уменьшаются.

Порядок выполнения работы:

1. Полученные образцы стали и чугуна отполировать на фетровой ткани и обезжирить спиртом.

2. Изучить под микроскопом при увеличении х20 имеющийся набор микрошлифов и произвести краткое описание качества подготовки микрошлифов.

3. Произвести обработку раствором для травления. Травление образцов производят в 4%-ном растворе азотной кислоты в спирте. При выявлении структурно-свободного цементита образцы необходимо травить столько времени, чтобы четко выявились только частицы цементита, а границы зерен могут быть выявлены слабо.

4. Используя оптический микроскоп с увеличением х10-50, изучить микроструктуру шлифов и распечатать полученные изображения для каждого образца с указанием используемого увеличения.

5. Определить содержания углерода для каждого образца, используя метод упомянутый ранее.

6. Описать полученные микрофотографии, используя для примера приложение 1.

Содержание отчета:

1. Цель работы и используемые приборы и образцы;

2. Краткий ход работы и классификации сталей и чугунов;

3. Описание микрофотографий до и после травления;

4. Расчет количества углерода для каждого образца.

 

 







Дата добавления: 2015-10-15; просмотров: 1260. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2022 год . (0.03 сек.) русская версия | украинская версия