Базалеева_Наумова_Металлография_часть 2 (831914), страница 2
Текст из файла (страница 2)
При большом содержании феррит избыточный присутствует в виде зерен равнооснойформы (рис. 1.6, б). При концентрации углерода, близкой к точке P(0,1 %) (см. рис. 1.1), перлитная смесь вырождается: эвтектоидныйферрит присоединяется к ферриту избыточному, а цементит эвтектоидный выделяется по границам зерен феррита. Таким образом,формируется структура, подобная структуре технического железа, нос большим количеством цементита по границам.При формировании структуры заэвтектоидных сталей(0,8...2,06 % С) однофазная аустенитная область сохраняется приохлаждении до линии переменной растворимости ES (см.
рис. 1.1),при дальнейшем понижении температуры аустенитный твердыйраствор пресыщается углеродом, и из него начинает выделяться10Рис. 1.6. Структура доэвтектоидной стали с избыточным ферритом:а — в виде сетки; б — в виде равноосных кристалловцементит, образуя сетку по границам аустенитного зерна. Цементит, который выделился из аустенита, принято называть вторичным — ЦII. При этом концентрация углерода в аустените уменьшается по линии ES, тогда как состав цементита постоянен и равен6,67 % С. Далее, как и в доэвтектоидных сталях, концентрация углерода в аустените при температуре эвтектоидного равновесиястановится равной 0,8 %, и аустенит распадается на перлит по эвтектоидной реакции, т.
е. структура заэвтектоидной стали состоитиз колоний перлита и сетки цементита вторичного (рис. 1.7).Рис. 1.7. Структура заэвтектоидной стали11Количество перлита и цементита вторичного в сплаве x можнорассчитать по правилу обратных отрезков:QП Kx6,67 x 100 % 100 %;K S6,67 0,8QЦII xSx 0,8 100 % 100 %.K S6,67 0,8Максимальное количество цементита вторичного может выделиться в сплаве с содержанием углерода 2,06 %:maxQЦII2,06 0,8 100 % 23 %.6,67 0,8Структура, представленная на рис. 1.7, обладает высокой хрупкостью. Трещина, зарождаясь в цементитной сетке, быстро распространяется по ней, приводя к хрупкому разрушению всего объекта. Чтобы избежать этого, заэвтектоидные стали подвергают такназываемому сфероидизирующему отжигу.
При данной обработкесначала проводят выдержку при температуре 740...780 °С, при которой цементитная сетка разбивается на сферические включенияцементита вторичного, а далее проводят медленное охлаждениесплава до температуры 500 °С, при котором формируется структура перлита, не пластинчатая, а зернистая. Сформированная таким образом структура называется зернистым перлитом; отличитьв ней цементит вторичный от цементита эвтектоидного происхождения практически невозможно. По сравнению с перлитом пластинчатым эта структура обладает меньшей прочностью и большей пластичностью.
Для получения структуры зернистого перлитатакже можно вместо отжига проводить горячую деформацию винтервале температур от линии ES до РK (см. рис. 1.1). На рис. 1.8представлена структура зернистого перлита.В табл. 1.2 приведены механические свойства некоторыхструктур сталей.При сравнении структур, представленных на рис. 1.6, а и 1.7,можно увидеть, что ферритная сетка в доэвтектоидных сталях ицементитная в заэвтектоидных похожи.
Отличить одну от другойможно либо по внешнему виду: цементитная сетка более ровная и12Рис. 1.8. Структура зернистого перлитасветлая, внутри нее, в отличие от ферритной, не наблюдаютсямежзёренные границы, — либо проведя окрашивающее травление.По микроструктуре стали можно установить содержание углерода в ней. Для этого необходимо определить объемные доли каждой структурной составляющей, а так как плотности структур сталей приблизительно одинаковы и равны плотности железа (ρFe == 7,8 г/см3), объемные доли структурных составляющих в первомприближении можно считать равными массовым долям.
Общеесодержание углерода в сплаве определяется суммированием концентраций углерода в разных структурных составляющих с учетомих массовых долей.Таблица 1.2Механические свойства структурных составляющихуглеродистых сталейСтруктураТвердость HB,МПаПредел прочностиσв, МПаОтносительноесужение ψ, %ФерритЦементитПерлитЗернистый перлит500…9007500…82001900…23001600…1900190…25030860…900650…70040…50<19…1218…2513Так, для доэвтектоидной стали % С = (QП·0,8 + QФ·0,025)/100 QП·0,8/100 (содержанием углерода в феррите можно пренебречь).Для заэвтектоидной стали % С = (QП·0,8 + QЦII·6,67)/100.Зерна избыточной фазы и перлитные колонии тем мельче, чеммельче исходное аустенитное зерно.
В случае формирования структуры стали из крупнозернистого аустенита при ускоренном охлаждении возникает так называемая видманштеттова структура (рис. 1.9).При выделении из аустенита избыточной фазы (феррита в доэвтектоидных сталях и цементита — в заэвтектоидных) вследствие разностиудельного объема исходной фазы и формирующейся накапливаютсяупругие напряжения. В этих условиях формируется структура, в которой эти напряжения минимальны (видманштеттова структура). Ввидманштеттовой структуре формирование кристаллов избыточнойфазы идет по сдвиговому механизму, и эти кристаллы имеют пластинчатую форму, а их ориентировка относительно решетки аустенита такова, чтобы обеспечить минимальную энергию межфазной границы.
Формирование такой структуры из мелкозернистого аустенитаневозможно, так как в этом случае кристаллам избыточной фазыэнергетически более выгодно выделяться на границах аустенитногозерна. Видманштеттова структура является хрупкой.После литья для заваривания пор и частичного устранения зональных и дендритных ликваций сталь подвергают горячей про-Рис. 1.9. Видманштеттова структура, 500:а — доэвтектоидная сталь; б — заэвтектоидная сталь14Рис. 1.10.
Полосчатая структуракатке в аустенитной области, заканчивая ее при температуре850…900 °С. При деформации в аустенитной области формируется волокнистая структура. Распределение углерода по аустенитному зерну неоднородно: вредная примесь в сталях — фосфор, располагаясь на границах аустенитного зерна, выталкивает углерод вцентр кристаллов, что приводит к формированию при охлажденииполосчатой структуры: на границах аустенитного зерна, где нижеконцентрация углерода, появятся кристаллы избыточного феррита,а в центре зерна, где концентрация углерода выше, сформируетсяперлит. Полосчатая структура в доэвтектоидной стали представлена на рис. 1.10.
Недостатком полосчатой структуры является ееанизотропия свойств.Порядок выполнения1. С помощью металлографического микроскопа изучить микроструктуры образцов углеродистых сталей. Название сплавов, ихтвердость, а также результаты металлографического анализа(структуру, увеличение микроскопа, структурные составляющие иих описание) занести в табл.
1.3.2. Пользуясь диаграммой состояния Fe — Fe3C (см. рис. 1.1),определить фазовый состав представленных сплавов и состав этихфаз. Результаты внести в табл. 1.3.15Таблица 1.3№ образцаСтруктура углеродистых сталейМикроструктура, С.С.и увеличениеНазваниесплава, структуры, ее описаниеСостав иобъемныедоли С.С.,% СсплФ.С.и составэтих фазУсловияформирования структурыНВ3. Для образцов 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5 визуально оценить количество каждой структурной составляющей и по приведеннымв теоретической части выражениям определить содержание углерода в сплаве.
Результаты расчетов внести в табл. 1.3.4. Основываясь на полученные теоретические знания, определить условия формирования каждой из представленных структур изаписать их в табл. 1.3.Содержание отчета1. Цель работы.2. Краткая теоретическая часть.3. Результаты работы, представленные в виде табл. 1.3.4. Выводы о влиянии содержания углерода на структуру итвердость углеродистой стали, о влиянии ускоренного охлажденияи горячей прокатки на структуру сталей.Контрольные вопросы1.
Найдите на диаграмме состояния Fe — Fe3C сплавы, относящиеся ктехническому железу, до-, за- и эвтектоидным сталям.2. Охарактеризуйте γ-, α-фазы, Fe3C (тип фазы, ее кристаллическаярешетка, состав, механические свойства).3. Охарактеризуйте структуру перлита (фазовый и химический состав, морфологию кристаллов).4. Какие фазовые превращения идут при пересечении следующих линий диаграммы состояния Fe — Fe3C: GS, ES, PK, PQ?5. Опишите процесс формирования структуры в техническом железе,до-, за- и эвтектоидных сталях.6. Приведите способ определения количества фазовых и структурныхсоставляющих для технического железа или стали любого состава.167.
Опишите способ определения содержания углерода в стали по ееструктуре.8. Как содержание углерода влияет на механические свойства сталей?9. Как отличить ферритную сетку в доэвтектоидной стали от цементитной в заэвтектоидной?10. Опишите процесс получения структуры зернистого перлита.11. Сравните механические свойства пластинчатого и зернистогоперлита.12. Какова причина формирования видманштеттовой структуры?13. Какова причина формирования полосчатой структуры?17Лабораторная работа № 2МИКРОСТРУКТУРА ЧУГУНОВЦель работы1. Ознакомиться с типичными структурами чугунов.2. Ознакомиться со способами влияния на структуру чугунов.Теоретическая частьК чугунам относятся сплавы системы Fe — C, находящиесяправее точки Е на диаграмме состояния (см. рис. 1.1), в которыхидет эвтектическое превращение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
