Микроструктуры железоуглеродистых сплавов

(схемы структур)

 

а) б) в)

 

Микроструктуры сталей:

а) доэвтектоидной (феррит + перлит);

б) эвтектоидной (перлит);

в) заэвтектоидной (перлит + цементит вторичный)

 

а) б) в) Микроструктура чугунов: а) доэвтектического (ледебурит + перлит + цементит вторичный); б) эвтектического (ледебурит); в) заэвтектического (ледебурит + цементит первичный).

1 2 3

4 5 6

Рис. 2.10. Фотографии мезоструктуры сталей

 

Доэвтектоидной:

1. Сталь 10.

Структурные составляющие: феррит, третичный цементит.

Описание: Нежелательная структура. Зерна феррита (матрица) и отдельные включения третичного цементита в виде тонких прослоек по границам зерен. Темные пятна – дефекты полировки («грязь»).

2. Сталь 20.

Структурные составляющие: феррит, перлит.

Описание: Избыточный феррит (светлые зерна, матрица) и перлит (включения). Пример удовлетворительного травления. Границы зерен феррита отлично различаются и, несмотря на низкое разрешение фото, с трудом, но различается субструктура перлита.

3. Сталь 45.

Структурные составляющие: феррит, перлит.

Описание: Полосчатая структура в стали после горячей деформации. Шлиф с боковой поверхности (направление прокатки горизонтально относительно фото; обжатие при прокатке – вертикально). Внутри светлого феррита видны удлиненные включения (строчки) сульфидов.

4. Сталь 70.

Структурные составляющие: перлит, феррит.

Описание: Избыточный феррит в виде пограничных выделений и темный перлит (матрица) с различимой пластинчатой структурой.

Эвтектоидной

5. Сталь 80.

Структурные составляющие: перлит.

Описание: Колонии крупнопластинчатого перлита в зернах с хорошо различимой пластинчатой структурой. Крупные пластины ухудшают механические свойства.

Заэвтектоидной

6. Сталь У12.

Структурные составляющие: перлит, цементит вторичный.

Описание: БРАК. Пограничные выделения вторичного цементита в виде сплошной тонкой светлой сетки (матрица) по границам зерен бывшего аустенита, превратившегося при медленном охлаждении в крупнопластинчатый перлит.

 

1 2 3

4 5 6

 

Рис. 2.11. Фотографии микроструктур чугунов

 

Белые чугуны:

1. Доэвтектический.

Структурные составляющие: ледебурит, перлит.

Описание: Дендриты превращенного в перлит аустенита (темные включения) и ледебурит (пестрая матрица).

2. Эвтектический.

Структурные составляющие: ледебурит.

Описание: Ледебурит

3. Заэвтектический.

Структурные составляющие: ледебурит, цементит первичный.

Описание: Крупные пластины первичного цементита (светлые) и ледебурит (пестрая матрица) в виде нескольких колоний.

Ковкий, серый и высокопрочные чугуны:

4. КЧ 35-10

Структурные составляющие: феррит, графит хлопьевидный.

Описание: Ковкий чугун на ферритной металлической основе. Хлопьевидные включения графита (темно-серые) в ферритной матрице.

5. СЧ 15

Структурные составляющие: феррит, графит крабовидный.

Описание: Серый чугун на ферритной металлической основе. Темные включения крабовидного (пластинчатого) графита в ферритной матрице.

6. ВЧ 60-5

Структурные составляющие: перлит, феррит, графит глобулярный.

Описание: Высокопрочный серый чугун на ферритно-перлитной металлической основе. Модифицирование магнием. Глобулярные включения графита (черный) окруженные слоем феррита (светлый) в темной перлитной матрице.

Микроскринер

Для микроанализа используется микроскринер, который представлен на рис. 2.12. В состав микроскринера входят: осветитель отраженного света, штатив со встроенными механизмом фокусировки и блоком питания лампы, револьверное устройство, координатный предметный столик, насадка (с экраном).

При массовых контрольных анализах качества всех металлических конструкционных материалов ГОСТ предусматривает контроль величины зерна. Он производится при 100-кратном увеличении путем сравнения видимой в окуляре микроструктуры со стандартной шкалой баллов зернистости.

Так, для сталей перлитного класса ГОСТом предусмотрена оценка величины зерна по 10-ти бальной шкале. В ее основе лежит эмпирическая формула:

N = 2000 × 3^{( n– 8)}, мм^–2,

 

где N – балл величины зерна, n – число зерен на 1 мм² шлифа.

Пользуясь известным правилом рычага, по равновесной микроструктуре углеродистой доэвтектоидной стали можно с достаточной точностью определить количество содержащегося в ней углерода. Для этого визуально определяется количество перлитной составляющей структуры стали в поле зрения окуляра в процентах, а затем по формуле С = [(% перлита-0,8)/100]% подсчитывают содержание углерода в анализируемой стали.

 

 

Рис. 2.12. Общий вид микроскринера

Задание

 

1. Проанализировать визуально поверхности изломов лабораторных образцов и охарактеризовать их у каждого образца.

2. Провести визуально макроанализ сварных швов, и запротоколировать обнаруженные поверхностные дефекты.

3. По макроструктуре, выявленной травлением охарактеризовать обнаруженные внутренние дефекты и качество сварки.

4. Изучить устройство микроскопа МИМ-7, зарисовать его оптическую схему и освоить приемы работы на нем.

5. Проанализировать под микроскопом нетравленую и травленую поверхности стального и чугунного микрошлифов, зарисовать схемы их структуры и дать краткое описание.

6. Пользуясь правилом рычага, по микроструктуре визуально определить содержание углерода в доэвтектойдной стали.

7. Определить балл зерна опытных образцов стали, пользуясь эталонной шкалой баллов зернистости.

Контрольные вопросы и задачи

1. Что такое макро- и микроанализ?

2. Какие дефекты обнаруживаются при макроанализе и микроанализе?

3. Как выявляется микроструктура металлов?

4. Как подготавливается микрошлиф для исследования?

5. По каким группам производится классификация Fe–C сплавов?

6. Какие структурные составляющие характеризуют стали и чугуны?

7. Как протравливается перлитное и ферритное зерно?

8. Как подсчитать содержание углерода в доэвтектоидной стали?

Задача 1

Два коленчатых вала были разрушены в процессе эксплуатации в области шатунных шеек. Виды изломов изображены на рис. 2.13 и 2.14.

Рис. 2.13 Рис. 2.14

 

 

Описать:

1. Вид и строение изломов.

2. Характер нагружения коленчатых валов.

3. Причины разрушения.

 

Задача 2

Качество нагрева металла под штамповку контролируется по излому. Описать изображенные на рис. 2.15 изломы и указать основные факторы, влияющие на рост зерна:

 

Рис. 2.15. Изломы

 

Описать:

1. Влияние температуры нагрева.

2. Влияние времени нагрева.

3. Влияние химического состава стали.

 

Задача 3

Неметаллические включения располагаются в виде тонких вытянутых линз или округлых разрозненных включений.

 

Описать:

1. Какие виды неметаллических включений встречаются в сталях.

2. Причины попадания их в металл.

3. Влияние неметаллических включений на механические свойства.

4. Радикальные средства уменьшения неметаллических включений в металле.

Задача 4

Рис. 2.16. Макроструктура сталей в равновесном состоянии в зависимости

от содержания углерода (х450): а – 0,22%; б – 0,3%; в – 0,4%; г – 0,55%; д – 0,8%; е – 1,3%.

 

Два коленчатых вала имеют различную макроструктуру (рис. 2.16)

Описать:

1. Строение макроструктуры, указанной на приведенных рисунках.

2. Способы получения коленчатых валов с данными макроструктурами.

3. Методы выявления макроструктуры.

 

Задача 5

 

Сварной шов после сварки плавящимся электродом приобрёл макроструктуру, указанную на рисунке:

Описать:

1. Описать макроструктуру шва и около шовной зоны.

2. Указать причину неоднородного строения шва и около шовной зоны.

 

Задача 6

В стальных деталях после отливки их в земляную форму была обнаружена повышенная пористость.

 

 

Описать:

1. Возможные причины образования пористости в литых деталях.

2. Влияние пористости на свойства отливок.

3. Способы предупреждения образования пористости.

Задача 7

 

Стальной слиток после полного охлаждения имеет макроструктуру, указанную на рисунке.

Описать:

1. Макроструктуру стального слитка.

2. Зональную ликвацию.

3. Дендритную ликвацию.

 

Задача 8

 

Стальной слиток после полного охлаждения имеет макроструктуру, указанную на данном рисунке.

 

Описать:

1. Макроструктуру стального слитка.

2. Зональную и дендритную ликвацию.

3. Указать марку сталей, кристаллизующихся с концентрированной усадочной раковиной, способ раскисления.

 

Литература

1. Арзамасов Б.И. Материаловедение технология конструкционных материалов. – М.: Издательский центр «Академия», 2007.

2. Сироткин О.С. Теоретические основы общего материаловедения. – Казань, КГЭУ, 2007. – 348 с.

3. Справочник сварщика / Под ред. В.В. Степанова. – М.: Машиностроение, 1975.

Лабораторная работа № 3

 

МЕЗОСТРУКТУРА, МАРКИРОВКА И КЛАССИФИКАЦИЯ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

 

Цель работы

 

Изучение влияния легирующих элементов на кинетику распада переохлажденного аустенита, структуру и свойства легированных сталей различных структурных классов; знакомство с классификацией и маркировкой легированных сталей.

 

Основные термины и понятия, необходимые для освоения

Данной работы

Сталь, латунь, бронза, легирование, нормализация, закалка, аустенит, перлит, цементит, мартенсит, ползучесть, двойникование, предел прочности.