Характеристика структурних складових сталі в рівноважному стані.

Під рівноважним станом сплаву розуміють такий стан, коли всі фазові перетворення в сплаві завершились. Для визначення фаз та структурних складових залізовуглецевих сплавів в рівноважному стані використовується діаграма залізо – вуглець.

Структурні складові вуглецевої сталі після повного відпалу її наступні:

Ферит – твердий розчин вуглецю в α-залізі, продукт дифузійного перетворення аустеніту при охолодженні його нижче температур лінії GS.

Розмір зерен ферриту залежить в значній мірі від швидкості охолодження аустеніту. При збільшенні під мікроскопом ферит спостерігається у вигляді світлих зерен неоднакової яскравості. Розчинність вуглецю в фериті може сягати 0,02% і змінюється зі зміною температури сталі. Ферит є пластичною складовою структури; його відносне видовження сягає 50 %, а твердість не перевищує НВ 160.

Цементит – хімічна сполука вуглецю із залізом (карбід заліза Fе₃С).

Під мікроскопом цементит спостерігається у вигляді пластин, дрібних зерен та інших структурних складових перліту чи фериту. Цементит травиться реактивами повільніше ніж ферит, тому він як би стає вищим за ферит і під мікроскопом у відбитому світлі спостерігається більш світлим. Для того щоб цементит більше відрізнявся від фериту сталевий зразок травлять пікритом натрію. Цементит отримує темний колір. Цементит є самою твердою складовою структури сталі. Його твердість сягає НВ 800, але пластичність наближається до нуля. Тому зі збільшенням цементиту в структурі сталі, її твердість зростає а пластичність знижується.

Перліт – механічна суміш цементиту та фериту, утворюється під час повільного охолодження аустеніту.

При виготовленні шліфа зерна цементиту, як більш твердого, зшліфовуються менше і виступають над основною масою перліту. Під мікроскопом спостерігаються світлі і темні смужки. Перліт може мати пластинчасту форму, в якій цементит і ферит мають форму пластин та зернисту форму, коли цементит має форму зерен, розміщених в фериті. Границі зерен і пластин спостерігаються у вигляді темних ліній, які утворюються тінями від виступаючих частинок цементиту.

На властивості сталі суттєво впливають форма і розміри цементитних частинок. Так зернистий перліт (НВ 160…220) більш пластичний, але має меншу твердість, ніж пластинчастий (НВ 250…300). Якщо розмір цементитних зерен дуже малий, то перліт спостерігається у вигляді темних зерен, а окремі зерна чи пластинки цементиту не виділяються.

Структура у відпалених доевтектоїдних сталей (містять до 0,8 % вуглецю) представляє собою ферит та перліт. Під мікроскопом зерна фериту спостерігаються більш світлими, а зерна перліту – темнішими. Зі збільшенням вмісту вуглецю кількість зерен перліту збільшується, зростає твердість та міцність сталі, але знижується пластичність.

Відпалені евтектоїдні сталі (містять 0,8 % вуглецю) повністю складаються з пластинчастого або зернистого перліту. Твердість та міцність евтектоїдних сталей вища ніж доевтектоїдних, але пластичність менша.

Структура відпалених заевтектоїдних сталей являє собою перліт + цементит вторинний. Цей цементит спостерігається у вигляді невеликих світлих зерен або у вигляді світлої сітки на границях зерен перліту.

 

Лабораторна робота № 3

Тема: Гартування і відпуск вуглецевих сталей.

Мета: Вивчити вплив термічної обробки на механічні властивості сталі. Набуття навиків проведення гартування і відпуску.

Завдання: Ознайомитись з будовою муфельної печі. Визначити твердість зразків вуглецевої сталі. Призначити режими проведення гартування і відпуску вуглецевої сталі. Виконати гартування і відпуск зразків вуглецевої сталі. Охарактеризувати структури, що утворилися в результаті гартування та відпуску. Виміряти твердість сталі після термічної обробки.

Обладнання: Муфельна піч; зразки вуглецевих сталей; прилади для вимірювання твердості.

Студент має знати:

- види термічної обробки сталей;

- вплив термічної обробки на властивості сталі;

- методику проведення різних видів термічної обробки.

Студент має вміти:

- призначати режимі термічної обробки сталей;

- проводити термічну обробку вуглецевих сталей.

План роботи:

1. Ознайомитись з метою, завданням і методичними рекомендаціями до роботи.

2. Вивчити будову муфельної печи.

3. Визначити твердість зразків сталей перед гартуванням.

4. Призначити режим термічної обробки вказаної сталі за діаграмою залізовуглецевих сплавів.

5. Провести гартування зразків сталі.

6. Визначити твердість сталі після гартування.

7. Провести відпуск сталі.

8. Визначити твердість сталі після відпуску.

9. Отримані дані занести до протоколу, який є практичною частиною звіту.

10. В теоретичній частині звіту описати процеси термічної обробки, порядок призначення режимів термічної обробки та структури сталі після певних видів термообробки. З метою набуття навиків щодо призначення режимів термообробки теоретична частина роботи виконується за індивідуальним завданням.