Последовательность выполнения и обработка экспериментальных данных

Практическая часть работы заключается в изучении микроструктуры сталей и чугунов, как правило, при увеличении микроскопа 100^Х, а в некоторых случаях до 600^Х. Студентам предоставляются лабораторные коллекции шлифов, подготовленные для исследований.

Предварительно студенты знакомятся с устройством и работой микроскопа под руководством преподавателя и лаборанта. Для рассмотрения микроструктуры шлиф, запрессованный в пластилин на стеклянной пластинке, устанавливается на предметный столик микроскопа. После включения источника света проводится наводка на фокус сначала с помощью макровинта, а затем более точно микровинтом. Далее изучается микроструктура шлифов типовых сплавов, описание которых дано в таблице 8. С помощью описания, схем микроструктур (рисунок 7) и находящихся в лаборатории фотографий устанавливают, какие структурные составляющие имеет каждый образец, наименование, состав и структурный класс.

Более подробная оценка микроструктуры сталей, проводится по следующему государственному стандарту: ГОСТ 8233 - Сталь. Эталоны микроструктуры.

Путем сравнения микроструктуры изучаемой стали со шкалами структур ГОСТ, определяется количественная характеристика или номер балла по соответствующему признаку. Применительно к равновесному состоянию сплава использование ГОСТ 8233 позволяет определить процентное соотношение между ферритом и перлитом в доэвтектоидных сталях, соотношение количества пластинчатого и зернистого перлита, дисперсность пластинчатого и зернистого перлита. Для оценки неметаллических включений и различных видов неоднородности микроструктуры в сталях имеются отдельные государственные стандарты: ГОСТ 1763-68, ГОСТ 1778-70, ГОСТ 5640-68.

Классификация чугунных отливок по микроструктуре металлической основы и графитовым включениям ведется по следующему государственному стандарту: ГОСТ 3443-87. Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры.

Имея количественные данные в процентах о площади, занимаемой в шлифе сплава различными структурными составляющими (П - перлит, Ц - цементит, Л - ледебурит, Г - графит), можно выполнить расчет примерного количества углерода в сталях и чугунах по следующей общей формуле:

С = 0,8П +6,67Ц +4,3Л / 100 + 30Г /100, %

В доэвтектических белых чугунах для определения соотношения между П и Ц принято: если П + Ц2 = 100%, то количество П составляет 80%, а цементита вторичного 20% (П = 4Ц2)

Вычисления по приведенной формуле действительны для сплавов, находящихся в равновесном состоянии.

Примеры вычислений:

Сталь доэвтектоидная: 40% П; 60% Ф: С = 0,8 × 40/100 = 0,32%.

Сталь заэвтектоидная: 88% П; 12% Ц2: С = 0,8 × 88/100 + 6,67 × 12/100 = 1,50 %.

Чугун ЧПГ: 30% П; 58% Ф; 12% Г: С = 0,8 × 30/100 + 30 × 12/100) = 3,84%.

Чугун белый доэвтектический: 40% Л; 60% (П+Ц2), то есть 48% П и 12% Ц2: С = 0,8 × 48/100 + 6,67 × 12/100 + 4,3 × 40/100 = 2,9%.

Чугун белый заэвтектический: 60% Ц1; 40% Л: С = 6,67 × 60/100 + 4,3 × 40/100 = 5,7%.

 

Таблица 8 - Перечень шлифов сталей и чугунов из лабораторных коллекций (типовые примеры)

№№ шлифа	Материал		Химический состав, %			Структурный класс			Описание микроструктуры
			Углерод С		Другие компоненты
1	2		3		4	5			6
УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ
1	Углеродистая качественная конструкционная сталь 20, ГОСТ 1050-88		0,20		-	Доэвтектоидная сталь			Светлые зерна феррита и темные участки перлита
2	Инструментальная нелегированная сталь У8, ГОСТ 1435-90		0,80		-	Эвтектоидная сталь			Перлит пластинчатый
3	Инструментальная нелегированная сталь У8, ГОСТ 1435-90, после отжига		0,80		-	Эвтектоидная сталь			Перлит зернистый
4	Инструментальная нелегированная сталь У10, ГОСТ 1435-90		1,00		-	Заэвтектоидная сталь			Темные участки перлита и светлая тонкая сетка вторичного цементита
КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ С СТРУКТУРНЫМИ НЕОДНОРОДНОСТЯМИ
5	Сталь конструкционная после перегрева		0,40		-	Доэвтектоидная сталь			Крупные темные участки перлита и светлая широкая сетка феррита
6	Сталь конструкционная с полосчатостью феррито-перлитной структуры	0,25			-		Доэвтектоидная сталь		Перлит и феррит расположены в виде чередующихся полос.
7	Сталь инструментальная с обезуглероживанием поверхностного слоя	0,80			-		Эвтектоидная сталь		Перлит в сердцевине, феррит и перлит в поверхностном слое
ОБРАЗЕЦ СТАЛИ С НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ
8	Сталь с неметаллическими включениями (полированный шлиф без травления)	данных нет		-		-		Темные неметаллические включения, вытянутые по направлению деформации
Продолжение таблицы 8
ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ
9	Легированная конструкционная сталь 40Х, ГОСТ 4543-71	0,40		0,8…1,1 Cr		Доэвтектоидная сталь		Темные участки перлита и светлый феррит
10	Инструментальная легированная сталь Х12, ГОСТ 5950-73	2,0		11,5…13,0 Cr		Сталь карбидного класса		Перлит мелкозернистый, крупные белые первичные карбиды и более мелкие вторичные карбиды
11	Коррозионностойкая сталь 12Х17, ГОСТ 5632-72	менее 0,12		16…18 Cr		Сталь ферритного класса		Светлые зерна легированного феррита
12.	Коррозионностойкая сталь 12Х18Н10Т, ГОСТ 5632-72	менее 0,12		17…19 Cr; 9…11 Ni; не более 0,5 Ti		Сталь аустенитного класса		Светлые зерна легированного аустенита
ЧУГУНЫ
13	Белый заэвтектический чугун	5,1		данных нет		Чугун белый		Темно-белые участки ледебурита и светлые пластины первичного цементита
14	Чугун ЧПГ марки СЧ15, ГОСТ 1412-85	3,4		2,2 Si; 0,7 Mn		Чугун с пластинчатым графитом		Темный перлит, светлый феррит и тонкие черные пластины графита
16	Чугун ЧХГ марки КЧ30-6,ГОСТ 1215-79	2,7		1,2 Si; 0,5 Mn		Чугун с хлопьевидным графитом		Светлые зерна феррита и темный хлопьевидный (компактный) графит
18	Чугун ВЧШГ марки ВЧ 60, ГОСТ 7293-85	3,5		2,1 Si; 0,6 Mn		Чугун с шаровидным графитом		Темный перлит, светлый феррит и черный шаровидный графит

 

Рисунок 7 - Схемы микроструктур сталей и чугунов

 

Продолжение рисунка 7

 

 

Продолжение рисунка 7

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Итоги проведенной работы оформляют в отчете, который должен содержать следующие разделы:

1. Цель работы.

2. Оборудование, приборы и материалы, использованные при выполнении работы.

3. Теоретические положения: понятие о микроанализе и микроструктуре. Характеристика фаз и структурных составляющих сталей и чугунов. Перечисление структурных классов сталей и чугунов.

4. Методика проведения работы и полученные результаты. Зарисовка схем микроструктур всех изученных сплавов, наименование и марка материала, составляющие структуры, химический состав.

В конце занятия преподаватель путем устного опроса проверяет усвоение знаний студентами по вопросам для самопроверки.

Оформленные отчеты проверяются и подписываются преподавателем.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К РАБОТЕ И САМОПРОВЕРКИ

1. Понятие микроанализа и микроструктуры материалов.

2. Какие основные части имеет металлографический микроскоп?

3. В какой последовательности проводится рассмотрение микрошлифа и изучение микроструктуры?

4. Что понимается под числовой апертурой микроскопа?

5. Из каких химических элементов (компонентов) состоят стали и чугуны?

6. Что представляют собой феррит, цементит, перлит, ледебурит?

7. Какие структурные классы имеют стали и чугуны?

8. Какую геометрическую форму имеют включения графита в чугунах ЧПГ, ВЧШГ, ЧХГ, ЧВГ?

9. Применение и механические свойства сталей и чугунов.

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная:

 

Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов: учеб. для студентов машиностр. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюшин; под ред. Г.П. Фетисова. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 2005. 862 с.

Дополнительная:

 

Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: учеб. для вузов / Б.Н. Арзамасов [и др.]; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. – 7-е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 648 с.

 

Приложение 5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2