refik.in.ua 1 2 ... 7 8


Міністерство освіти і науки України

Полтавський національний технічний університет

імені Юрія Кондратюка



ПРАКТИКУМ

із дисципліни «Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство»

для студентів механічних спеціальностей

7.09.02.02 «Технологія машинобудування»,

7.09.02.14 «Пiдйомно-тpанспоpтнi, будівельні та шляхові машини й обладнання»,

7.09.02.15 «Автомобілі та автомобільне господарство»,

7.09.02.17 «Машини й обладнання нафтових і газових промислів»

денної та заочної форм навчання
ЧАСТИНА ІІІ


Полтава 2008

Практикум із дисципліни «Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство» для студентів спеціальностей 7.09.02.02 «Технологія машинобудування», 7.09.02.14«Пiдйомно-тpанспоpтнi, будівельні та шляхові машини й обладнання», 7.09.02.15 «Автомобілі та автомобільне господарство», 7.09.02.17 «Машини й обладнання нафтових і газових промислів» денної та заочної форми навчання. – Полтава: ПолтНТУ, 2008.– 63 с.

Укладачі: А.В. Калашников, кандидат технічних наук, доцент;

В.Г. Клименко, асистент;

О.В. Бондар, асистент.

Відповідальний за випуск: завідувач кафедри технології машинобудування А.В. Васильєв, кандидат технічних наук, доцент.
Рецензент: М.В. Галай, доктор технічних наук, професор.


Затверджено радою університету

Протокол №___від__________

Редактор Я.В.Новічкова

Зміст

Загальні правила з техніки безпеки 4

Лабораторна робота №1. Макроаналіз металів і сплавів 4


Лабораторна робота №2. Мікроаналіз металів та сплавів 8

Лабораторна робота №3. Структура сталі у зрівноваженому стані 13

Лабораторна робота №4. Вивчення структури чавунів 18

Лабораторна робота №5. Визначення критичних точок сталі 23

Лабораторна робота №6. Термічна обробка вуглецевих сталей 26

Лабораторна робота №7. Вивчення структури сталі після різних видів термообробки 31

Лабораторна робота №8. Прогартування сталі 36

Лабораторна робота №9. Відпускання сталі 40

Лабораторна робота №10. Загартування сталі 44

Лабораторна робота №11. Цементація сталі 47

Лабораторна робота №12. Термічна обробка алюмінієвих сплавів 50

Лабораторна робота №13. Вивчення структури кольорових металів і сплавів 54

Лабораторна робота №14. Визначення корозійної стійкості алюмінієвих і магнієвих сплавів 59

Література 63

Перед виконанням лабораторної роботи студентам слід старанно вивчити матеріал, що стосується даної теми, самостійно відповісти на запитання для самоперевірка. Після обговорення цих запитань у лабораторії та виконання досліджень необхідно оформити звіт, що складається із завдання до роботи, умови її виконання, одержаних результатів та висновків щодо них. Для наочного оформлення результатів досліджень їх зводять до табличного або графічного вигляду. Звіт після перевірки підписує викладач.

ЗАГАЛЬНІ ПРАВИЛА З ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ


  1. Ознайомлюйтеся з інструкцією з техніки безпеки перед кожною лабораторною роботою.

  2. Не вмикайте механізми без дозволу викладача.

  3. Не торкайтесь рухомих частин руками, одягом та іншими предметами.

  4. Забороняється залишати ввімкнені печі, верстати та прилади без нагляду.

  5. Після досліджень вимкніть механізми з мережі електричного струму.

  6. Обережно працюйте з хімреактивами.

Лабораторна робота №1


Макроаналіз металів і сплавів

Мета роботи: вивчити методику виявлення макроструктур та вад у металевих виробах; набути навичок у процесі проведення макроаналізу зломів і макрошліфів вилитих, деформованих, термічно оброблених виробів із різних металів та сплавів.

Устаткування, інструменти, матеріали

Бінокулярний мікроскоп, лупа (збільшення до 30 разів), реактиви для виявлення макроструктури сталі, спирт, шліфувальний і фільтрувальний папір, зразки зломів виробів, зразки макрошліфів чорних та кольорових металів, плакати із зображенням характерних макроструктур.

Основні відомості про макробудову

Металографія — це вчення про макро- і мікроструктуру. Основним завданням металографічного аналізу є дослідження структури та вад металу.

Метод дослідження структури металів і сплавів на порівняно великих зразках неозброєним оком або за незначного (до 30-ти разів) збільшення називається макроскопічним. Зразки, на яких проводять макроаналіз, називаються макрошліфами, а будова металів, що вивчається за допомогою мікроаналізу, називається макроструктурою. Макроаналіз виконують на поверхні виробу, на зломах металу та на макрошліфах. Дослідження злому найпростіше і найдоступніше, але воно дає лише поверхові відомості про структуру металу. В зломі виявляють внутрішні дефекти, розмір та характер розміщення зерен, пластичні властивості зразка. Від макроструктури залежать технологічні й експлуатаційні властивості напівфабрикатів та виробів. Метод дослідження макробудови широко використовують для наукового дослідження і заводського контролю сплавів.

Методами макроаналізу визначають:


  • вид злому — в'язкий, крихкий, утомний, змішаний;

  • причину злому — втомленість, корозія та ін.;
  • порушення суцільності металу — усадочні раковини, флокени в сталі, тріщини, вади зварювання, шлакові включення, рихлість, свищі, пустоти, пористість, бульбашки, плівки тощо;


  • дендритну будову, розмір дендритів, їх розміщення за перерізом та висотою;

  • форму зварних швів, наявність у них вад, довжину та форму зони термічного виливу;

  • хімічну неоднорідність (ліквацію) складу металу у виливку та грубі включення;

  • волокнисту структуру деформованого металу;

  • розміщення волокон у композитному матеріалі;

  • структурну неоднорідність після термічної, термомеханічної та хіміко-термічної обробки;

  • глибину шару гартування, насичення поверхневого шару виробів вуглецем;

  • наявність прессутяжин, ділянок нерівномірної деформації в процесі пресування та ін.

Макроаналіз злому (фрактографія) дозволяє визначити стан чавуну. Білі чавуни мають сріблястий світлий злом, а сірі, ковкі та високоміцні — злом темно-сірого кольору (через присутність графіту). Половинчастий чавун визначається наявністю світлих ділянок на загальному фоні темно-сірого злому. За характером руйнування злом може бути крихким, в'язким або змішаним. Крихкий злом кристалічний, блискучий, а в'язкий має матовий, волокнистий вигляд. Для підтвердження характеру злому виконують його мікроаналіз. При цьому в'язкий злом має ямкову будову, а крихкий — рівчакове чи міжзернове, з гладкими поверхнями. Вивчення злому дозволяє встановити причину руйнування деталі. Специфічний злом утворюється при втомному руйнуванні. Цей злом складається із двох зон — втомної та зони крихкого долому. За характером окислення частини злому можна встановити давність його виникнення. За допомогою зломів добре виявляються також вади несуцільності: флокени, бульбашки, неметалічні включення.

Макроаналіз на шліфах виконують для вивчення внутрішньої будови виробів. Для макроаналізу із виробів у потрібному місці й напрямі вирізають зразок (темплет), обробляють його на фрезерному або токарному верстаті на площину. Далі зразок шліфують спочатку грубим, а потім дрібнішим наждачним папером. Тоді зразок обробляють спиртом або ацетоном і піддають травленню.


Для виявлення волокнистої будови сталі використовують розчин: Н2SO4  60 см3, K2Cr2O7  25 г, води  500 см3. Глибоке травлення сталі для виявлення пористості виконують у розчині: HCl  500 см3, HrSО4  70 см3, води  200 см3. Проба на сірку в сталі, за Бауманом: бромосрібний папір, змочений 5- процентним водним розчином H2SO4, накладається на поверхню макрошліфа на 3 хв., потім папір промивають у воді та фіксують у гіпосульфіті. Поява темних плям на папері вказує місця скупчення сульфідів.

Для травлення алюмінієвих сплавів використовують 1015%-процентний водний розчин NaOH з наступним промиванням у воді та освітленням в 30%-процентному водному розчині НNО3.

Мідні сплави обробляють у розчині: FеСl3  10 г, НСl  30 мл, води  120 мл.

Травлення макрошліфів проводять у витяжній шафі, зразки беруть спеціальними кліщами або в гумових рукавицях. Невеликі за розміром зразки можна змочувати ватним тампоном. Макроструктуру зломів та шліфів фотографують у натуральну величину або при зміні розмірів.

Представлені для розгляду групи зразків:
І. Макрошліфи литих деталей

1. Деталь з алюмінієвої бронзи із запресованою в ній втулкою з олов’янистої антифрикційної бронзи. На мікрошліфі видно: втулку, раковини та газові бульбашки.

2. Чавунні деталі. На мікрошліфі видно внутрішні ливарні раковини і пористість. Газові бульбашки відрізняються від пористості правильною формою та гладкими стінками.
ІІ. Макрошліфи деформованих виробів

1. Гвинт з висадженою головкою. На мікрошліфі видно напрямок волокна, обумовлений текстурою деформації. Волокно повторює обриси головки гвинта, тобто орієнтоване позитивно.

2. Гвинт, виточений із прутка. Напрямок волокна у головці і стрижні – паралельний осі гвинта. Несуча спроможність сильно знижена.

ІІІ. Злам чавунних зразків

1. Сірий чавун. Більша частина вуглецю в сірому чавуні знаходиться у вигляді включень у графіт (пластинчатий графіт), тому такий чавун у розломі має темно-сірий колір. Дефектів у зломі нема.

2. Розлом половинчастого чавуну, що складається із сірого чавуну з ділянками відбілу. У білому чавуні весь вуглець знаходиться у вигляді цементиту, тому ділянки відбілу в розломі мають світло-сірий колір. Ці ділянки дуже тверді. Механічна обробка половинчастого чавуну ускладнена.
ІV. Злом стальних зразків

Стальні зразки 10×10 мм після випробування на ударну в’язкість (KCU).

1. Крихкий металічний злом, світлий, майже блискучий, видно величину зерна.

2. Вязко-крихкий розлом. Світла частина  всередині зразка (крихкий розлом), темна частина  по контуру (в’язкий розлом волокнистого характеру).

3. Шиферний злом. Характеризує сильно виражену текстуру деформації та анізотропію властивостей. Причина  прокатка виливків із сильною внутрішньокристалічною ліквацією. Якість металу низька.
V. Злом кольорових металів

1. Частина зливка сурми. Видно крупні стовпчасті кристали. Характер злому повністю підтверджує дані мікрошліфа.

2. Силумін не модифікований. Зерно крупне.

3. Силумін не модифікований. Деталь відлита в умовах більш високої швидкості охолодження при кристалізації. Зерно більш дрібне.

4. Силумін модифікований натрієм. Зерно дуже дрібне.

5. Молібден Мо, перегрітий до 1870 °С.
VІ. Макрошліфи зварних швів

На макрошліфах видно: основний матеріал, присадочний матеріал, зона термічного впливу.

1. Поперечний переріз двохстороннього шва, виконаний автоматичним зварюванням під шаром флюсу на флюсовій подушці. Основний матеріал  сталь 20Х, присадний  сталь 08А.

2. Поперечний переріз шва, сталь 08, глибоке травлення.

3. Поздовжній і поперечний (частина) перерізи шва сталь 20.


4. Поперечний переріз шва, Ст3.
VІІ. Макрошліфи загартованих стальних деталей

1. Сталь 45, об’ємне загартування прутка 60 у воді, розрізаний після загартування. Глибина прогартування (світлий обідок)  6 – 7 мм.

2, 3. Зразки вирізані з валів, які виготовлені зі сталі 40ХН та піддані поверхневому загартуванню з нагрівом струмами високої частоти (СВЧ). Глибина прогартування (світлий обідок) до 1,5 мм.
VІІІ. Макрошліфи цементованих деталей

16. Поперечні перерізи деталей зі сталей 20, 20ХН, 15ХНФ після цементації, але без загартування. Видно глибину цементації. Зразок №6  зразок-свідок (цементується у садку разом із деталями. По ньому визначають глибину цементації, не руйнуючи деталі, придатні до подальшого використання).

Послідовність виконання роботи


  1. Ознайомитися із сутністю, методами та призначенням макроаналізу.

  2. Виконати макроаналіз запропонованих зразків зломів, занотувати в робочому зошиті результати досліджень.

  3. Виконати макроаналіз запропонованих макрошліфів. Замалювати в робочому зошиті характерні особливості будови виробів.

  4. Виконати травлення запропонованого макрошліфа, провести макроаналіз, замалювати структуру в робочому зошиті, зробити висновки за роботою.

Запитання для самоперевірки

  1. У чому сутність макроаналізу і його призначення?

  2. Які види аналізу використовуються в техніці?

  3. Що визначається в процесі аналізу зломів?

  4. Види зломів та їх особливості.

  5. Що визначається при аналізі макрошліфів?

  6. Опишіть методику виготовлення макрошліфів.

  7. Як впливає вид макроструктури на властивості сплавів?

  8. Опишіть методику визначення характерних вад та розподілу сірки і фосфору в перерізі макрошліфа.

  9. Як визначається глибина загартування та цементованого шару?

  10. Опишіть відмінність методики макроаналізу у відливках, виливках, кованих та катаних заготовках.


  11. Як визначається правильність напряму волокон у деформованій деталі?

Література: [3, с. 11; 4, с. 15].

Лабораторна робота №2

Мікроаналіз металів ТА сплавів

Мета роботи: ознайомитися із призначенням і технологією проведення мікроскопічного дослідження металів та сплавів: вивчити будову металографічного мікроскопа; набути практичних навичок виготовлення мікрошліфів і дослідження їх під мікроскопом.

Устаткування, інструменти, матеріали

Шліфувально-полірувальний верстат, металографічний мікроскоп, ексикатор, комплекти зразків для виготовлення мікрошліфів, розчини для травлення мікрошліфів, шліфувальний та фільтрувальний папір, паста ГОИ, настільні лещата, напилки, альбом чи плакат із зображенням схеми мікроскопа і мікроструктур чорних та кольорових металів.

Основні відомості про мікробудову

Мікроаналіз — це дослідження структури і вад металів на мікрошліфах за допомогою мікроскопа за великих збільшень. Методом мікроаналізу визначається якість металу (забрудненість неметалічними включеннями, оксидами, сульфідами), розмір і форма зерен, склад та кількість різних фаз, характер їх видалень, наявність перегрівання й перепалювання, глибина насичення металу іншими елементами, наявність міжкристалічної корозії та багато іншого.

Мікроаналіз складається з таких етапів: виготовлення мікрошліфів, їх травлення для встановлення структури й вивчення мікрошліфів під мікроскопом.

Виготовлення мікрошліфів починається з вирізання зразків із виробів, підготовлених для дослідження. Згідно з поставленим завданням дослідження вибирається місце вирізання зразків та площина шліфа. Під час вирізання й наступної обробки зразків не допускається нагрівання металу, яке може викликати зміни його структури. Зразки маркуються, і в журналі записуються дані про місце їх вирізання.


Основними операціями виготовлення мікрошліфів є їх шліфування та полірування. Для зручності роботи розміри зразка (сторона куба, діаметр і висота циліндра) пропонується брати 10–12 мм. Шліфування зразків виконують наждачним папером із різним розміром зерна. Шліфування вручну проводиться в такій послідовності: найгрубіший папір №60–80 кладуть на скло, а зразок притискують рукою до шліфувального паперу заторцьованою стороною й водять ним в одному напрямі до усунення шорсткості. Після цього беруть папір наступного номера і продовжують шліфувати у напрямку, перпендикулярному до штрихів, що залишилися від попереднього шліфування. Це продовжується доти, поки шорсткість не зникає. Поверхню зразка змивають водою перед поліруванням.

Полірування шліфів виконують на полірувальних верстатах, диск яких обтягнутий замшею, фетром, м'яким сукном або оксамитом та змочений розчином суміші гасу з абразивним матеріалом, наприклад оксидом хрому (пастою ГОИ). Полірування на крузі 3–5 хв. Полірування вважається закінченим, якщо шліф має дзеркальну поверхню. Поліруючи, зразок потрібно притискувати всією поверхнею шліфа і періодично повертати. Слід запобігати завалам країв шліфа. Це важливо, особливо при вивченні структури поверхневого шару, наприклад, установлюючи якість та глибину азотування.

Щоб запобігти завалам країв шліфа, зразок перед шліфуванням закріплюють у пристрої чи заливають розплавленою сіркою, епоксидною смолою або легкоплавким сплавом на основі олова у спеціальному тримачі. Наступна обробка зразка виконується разом із тримачем. Після полірування зразки змивають водою, спиртом та висушують фільтрувальним папером.

Травлення мікрошліфів виконують із метою виявлення структури металу. Під мікроскопом на непротравленому шліфі видно графіт у сірих чавунах, можна побачити також неметалічні включення в інших сплавах. На поверхні шліфа після травлення утворюється мікрорельєф — виступи і западини.

Для травлення мікрошліфів використовують різноманітні реактиви:


  1. для сталей та чавунів:

    1. 4-відсотковий розчин HNO3 в етиловому спирті;

    2. 4-відсотковий розчин пікринової кислоти у спирті;

  2. для алюмінієвих сплавів:

    1. 0,5-відсотковий розчин HF у воді;

    2. 1% HF + 2,5% НNО3 + 1,5% НСl + 95% Н2О;

  3. для мідних сплавів:

    1. 3-відсотковий розчин FeCl3 в 10%-му розчині НСІ;

  4. для бабітів і магнієвих сплавів:

    1. 2–4- відсотковий розчин HNO3 в етиловому спирті.

Травлячи, зразки занурюють у фарфорові чашечки з реактивом або протирають ватним тампоном, змоченим відповідним розчином. Час травлення інколи складає всього кілька секунд. Далі шліф промивають водою, спиртом та промокають фільтрувальним папером. Потім шліф розглядають під мікроскопом і визначають якість структури. Якщо необхідно, шліф протравлюють додатково або переполіровують і травлять знову. Мікроаналіз шліфів виконують за допомогою металографічних мікроскопів.

Металографічний мікроскоп дозволяє розглядати при збільшенні непрозорі об'єкти у відбитому світлі. У цьому його основна відмінність від біологічних мікроскопів, у яких розглядається тіло в пучку променів. Оптична схема металографічного мікроскопа складається з об'єктива, окуляра та допоміжних елементів — дзеркала, призми, діафрагми, системи для освітлення й фотографування тощо (рис. 2.1). Загальне збільшення мікроскопа дорівнює добутку збільшень об'єктива та окуляра. Збільшення об'єктів складає 9–95, а окулярів — 2–25.

Збільшення мікроскопа визначається за формулою



де d1  роздільна здатність ока людини;

d  максимальна роздільна здатність оптичної системи, що визначається з умови


де α  довжина хвилі (для білого світла α = 0,6 мкм);

n  коефіцієнт відхилення (для повітря n = 1, для кедрової олії n = 1,5);

 половина кута розкриття пучка світла, що входить у лінзу об'єктива (нерідко ).

Отже, виходить, що максимальна роздільна здатність мікроскопа при сухому об'єктиві складає



а при роботі з імерсійним об'єктивом (із кедровою олією) ≈ 0,2 мкм. Відповідно максимальне корисне збільшення визначається так:



Загальне збільшення мікроскопа можна перевірити дослідним шляхом за допомогою об'єкт-мікрометра, який має вигляд дзеркальної лінійки із ціною поділки шкали 0,01 мм. Якщо замість шліфа на предметному столику мікроскопа перед об'єктивом установити об’єкт-мікрометр, після наведення різкості в окулярі чітко буде видна сітка його поділок.

До складу мікроскопа належать окуляри з масштабною лінійкою, ціна поділки якої дорівнює 1 мм. Сумістивши поворот окуляра шкали об'єкт-мікрометра й окуляра, можна встановити, скільки поділок шкали об’єкт-мікрометра укладається в обумовлену кількість поділок шкали окуляра. Тоді друге значення слід поділити на перше і, збільшивши результат у 100 разів, одержимо загальне збільшення мікроскопа.

Нехай 10 поділок шкали окуляра відповідають п'яти поділкам шкали об'єкт-мікрометра. Загальне збільшення мікроскопа буде складати . Аналогічно за допомогою шкали на матовому склі фотографічного пристрою визначають збільшення при фотографуванні структури. Якщо на матовому склі немає міліметрової шкали, то дозволяється користуватись короткою лінійкою або штангенциркулем.


Вимірюючи лінійні розміри елементів структури (діаметр зерен, глибину азотування), корисно визначити спочатку ціну однієї поділки шкали окуляра за допомогою об'єкт-мікрометра. Для цього кількість суміщених поділок шкали об'єкт-мікрометра потрібно розділити на кількість поділок шкали окуляра. Одержаний результат потрібно помножити на 10 і матимемо ціну однієї поділки шкали окуляра в мікрометрах.

Порядок виконання робота


  1. Вивчити технологію виготовлення мікрошліфів.

  2. Виконати шліфування й полірування зразків.

  3. Вибрати потрібний реактив і протравити шліф.

  4. Визначити якість мікрошліфа під мікроскопом.

  5. Замалювати структуру зразка.

  6. Вивчити будову мікроскопа і правила користування ним.

  7. За допомогою об'єкт-мікрометра визначити збільшення мікроскопа й ціну поділки шкали окуляра.

  8. Визначити розмір кристалів бабіту Б83.

  9. Зробити висновки за виконаною роботою.




Рисунок 2.1  Оптична схема мікроскопа МИМ7: 1  лампа; 2  колектор; 3, 16, 18  дзеркала; 4  світлофільтр; 5  апертурна діафрагма; 6, 10  лінзи; 7  фотозатвор; 8  польова діафрагма; 9  пентапризма; 11  відбивна пластинка; 12  об’єктив; 13  площина предмета; 14  ахроматична лінза; 15  фотоокуляр; 17  матова пластинка; 19  окуляр; 20  вкладний аналізатор; 21  поляризатор

Запитання для самоперевірки

  1. Які завдання розв'язують за допомогою мікроаналізу?

  2. Яка послідовність виконання мікроаналізу?

  3. Опишіть порядок шліфування та полірування зразків.

  4. Чому не дозволяється розігрівати зразки при шліфуванні?

  5. Як попередити завал країв шліфа?

  6. Для чого змивають поверхню шліфа перед поліруванням?
  7. З якою метою виконують травлення шліфів?


  8. Які елементи структури добре або задовільно видно під мікроскопом на нетравлених шліфах?

  9. В яких реактивах виконується травлення шліфів?

  10. Який порядок травлення шліфів до найкращого вияву структури?

  11. Чим відрізняються металографічні мікроскопи від біологічних?

  12. Які основні та допоміжні пристрої входять до складу мікроскопа?

  13. Поясніть поняття «роздільна здатність мікроскопа».

  14. Як визначити загальне збільшення мікроскопа?

  15. Чому дорівнює максимальне збільшення мікроскопа при роботі із сухими та імерсійними об'єктивами?

  16. Як визначити збільшення мікроскопа за візуальним спостереженням?

  17. Яким способом визначають збільшення мікроскопа при фотографуванні?

  18. Як установити ціну поділки шкали окуляра за об'єкт-мікрометром?

  19. Як визначити глибину азотованого шару?

  20. Як установити розмір зерна за фотографією мікроструктури?

Література: [3, с. 26; 4, с.25].

Лабораторна робота №3

Структура сталі у зрівноваженому стані

Мета роботи: ознайомитися зі структурами вуглецевих сталей у зрівноваженому стані; набути навичок роботи з металографічним мікроскопом; навчитися визначати кількість вуглецю у відпаленій доевтектоїдній сталі за мікроструктурою.

Устаткування, інструменти, матеріали

Металографічний мікроскоп, ексикатор із комплектами мікрошліфів, плакати з мікроструктурами сталей, циркуль і трафаретні лінійки.

Основні відомості про структуру сталей у зрівноваженому стані

Структура у зрівноваженому (відпаленому) стані визначається вмістом вуглецю і показана на діаграмі стану «залізовуглець» (рис. 3.1), на якій суцільними лініями зображено діаграму «залізоцементит» (FеFе3С), а пунктирними — «залізографіт». Перша будується за відносно швидким охолодженням (кілька градусів за хвилину), а друга — за дуже повільним охолодженням, близьким до зрівноваженого.




Рисунок 3.1  Діаграма стану «залізовуглець»

У залізовуглецевих сплавах зустрічаються одно- та двофазні структурні складові. До однофазних відносять ферит, аустеніт, цементит і графіт, а до двофазних — перліт та ледебурит.

Ферит — це твердий розчин вуглецю в α-залізі, має кристалічну кубічну об’ємноцентричну ґратку. Максимальна розчинність вуглецю в α-залізі — близько 0,006% при 20°С та 0,02% при 727°С. Ферит магнітний, м'який, пластичний, міцність 300 МН/м2, твердість за Брінелем 80–100 НВ, відносне подовження 40%, порівняно електро- і теплопровідний.

Аустеніт — твердий розчин вуглецю в γ-залізі, має гранецентричну кубічну ґратку. Максимальна розчинність вуглецю в аустеніті при 1147°С — 2,14%, найменша — при 727°С — 0,8%. Аустеніт не магнітний, м'який, пластичний, добре кується, твердість за Брінелем 200 НВ, відносне подовження складає 20%.

Цементит — карбід заліза, хімічна сполука Fе3С, має 6,67% вуглецю за масою і кристалічну октаендричну ґратку. Залежно від умов утворення розрізняють первинний, вторинний і третинний цементит. Первинний виділяється із рідкої фази, вторинний — з аустеніту, третинний — із фериту. Цементит крихкий, твердість 800 НВ, мала пластичність.

Графіт — різновид вуглецю, має гексагональну ґратку. Він темно-сірого кольору, з температурою плавлення близько 3850°С, густиною 2,2 г/см3, низькими твердістю та міцністю.

Перліт — це евтектоїдна суміш фериту й цементиту. Він утворюється з аустеніту при 727°С і містить 0,8% вуглецю. Залежно від форми зерен розрізняють пластинчастий та зернистий перліт. Кращі властивості має зернистий перліт.

Ледебурит — це евтектична суміш зерен аустеніту й цементиту, утворюється з рідкої фази з 4,3% вуглецю при 1147°С. За температури, вищої від 727°С, ледебурит складається з аустеніту і цементиту, а нижчої — із перліту та цементиту. Ледебурит надає залізовуглецевим сплавам крихкість, але поліпшує ливарні властивості, має твердість 700 НВ і малу пластичність.


Сплави системи «залізовуглець» поділяють на залізо, доевтектоїдні, евтектоїдні й заевтектоїдні сталі та чавуни.

Залізо високої чистоти — це метал білого кольору з феромагнітними властивостями. Міцність заліза 250 МН/м2, твердість 60–80 НВ, відносне подовження 40–50%. Залізо має структуру чистого фериту. Сюди належить і електролітичне залізо. Сплави заліза з вуглецем до 0,02% нерідко відносять до заліза, але вони є двофазні. Їх структура складається з фериту та третинного цементиту (рис. 3.2). Він присутній у вигляді тонкої сітки по межах зерен і помітно впливає на пластичність заліза.



Рисунок 3.2  Структура відпаленої сталі: а  технічне залізо; б  сталь 20; в  сталь 40; г  сталь У8; д  сталь У12; е  сталь У12 із зернистим цементитом

Доевтектоїдні сталі містять від 0,02 до 0,8% вуглецю і мають структуру ферито-перлітну. З підвищенням умісту вуглецю кількість фериту зменшується, а перліту — збільшується і при 0,8% вуглецю — перліту 100%. Уміст вуглецю у відпаленій доевтектоїдній сталі для практичної мети можна з достатньою точністю визначити за мікроструктурою. Приймемо ферит за практично чисте залізо і будемо вважати, що в перліті вуглецю 0,8%.

Тоді



Наприклад, якщо за мікроаналізом установлено, що перліт на мікрошліфі (темні зерна) займає 60% площі, а ферит 40%, то вміст вуглецю в сталі складає 0,48%.

Евтектоїдна сталь з 0,8% вуглецю має структуру, що складається з евтектоїду — перліту. Під мікроскопом поле шліфа затемнене і при великому збільшенні (500 та більше разів) видно пластинчасту будову перліту. Темні пластинки видимі на зразку під мікроскопом — це тіні від пластинок цементиту, що виникають після травлення шліфа. Нерідко у лавах зустрічається перліт із зернистою будовою. Сталь з такою структурою відрізняється кращою пластичністю та оброблюваністю різанням.


Заевтектоїдна сталь має більше ніж 0,8% вуглецю. Складається з перліту та вторинного цементиту, що утворився з аустеніту в разі зменшення розчинності вуглецю в γ-залізі. За правильного теплового режиму термічної обробки та обробки тиском вторинний цементит присутній у вигляді дрібних зерен, вкраплених у перліт. Але можливе виділення цементиту у вигляді сітки по межах зерен перліту (на мікрошліфі світла сітка), що погіршує властивості сталі. Це виникає після закінчення гарячої обробки тиском за занадто високої температури або перепалу з нагрівом вище точки Аст.
Таблиця 3.1 – Зразки вуглецевих сталей

Позна-

чення

Назва

Уміст

вуглецю, %

Мікроструктура



следующая страница >>