Металографічне дослідження структури вуглецевих сталей. Аналіз діаграми стану Fe – Fe3C

Лабораторна робота №4

Металографічне  дослідження структури вуглецевих сталей. Аналіз діаграми стану Fe – Fe₃C.

4.1 Мета: вивчити основні структypнi складові вуглецевих сталей в залежності від діаграми стану Fe – Fе₃С.

4.2 Теоретичні  відомості.

Залізовуглецеві сплави, яки містять вуглецю до 2,14%, називаються сталями, більше 2,14% - чавунами. Макроструктура технічного заліза i вуглецевих сталей для рівноважних умов характеризується нижньою лівою ділянкою діаграми стану Fe – Fe₃C (рис. 4.1).

Сплави з вмістом вуглецю до 0,02% називаються технічним залізом, 0,02 - 0,8%С -доевтектоїдними сталями; 0,8 - 2,14% С- заевтектоїдними сталями. Сплав з вмістом вуглецю 0,8%С називається евтектоідною сталлю. Мікроструктура сплавів э вмістом вуглецю до 0,02% складається з фериту i третичного цементиту. Макроструктура доевтектоїдной cталi (до 0,8%С) складається з фериту i перліту. Перліт - це евтектоїдна суміш фериту i цементиту. Miкpocтpyктypa евтектоїдной сталі (0,8%С) складається з одного перліту. Макроструктура заевтектоїдної сталі складається з перліту i вторинного цементиту. Основні структурні складові сталі: аустеніт, ферит, цементит, перліт. Аустеніт (А) - твердий розчин впровадження вуглецю у g-Fe, кристалічна гратка кубічна гранецентрована. Максимальна розчинність вуглецю в аустеніті 2,14% при Т=1147°С, мінімальна - 0,8 при Т=727°С.Ферит (Ф) - твердий розчин впровадження вуглецю в a- Fe, має кубічну об’ємноцентровану кристалічну ґратку. Цементит (Ц) - хімічна сполука Fe₃C з вмістом вуглецю 6,67%, має складну кристалічну ґратку. Перліт (П) - евтектоїдна суміш фериту i цементиту, утворюється при розпаді аустеніту (з 0,8%С) при Т=727С.

Класифікацію  вуглецевих сталей роблять:

1. по структурі у рівноважному  стані;

2. по призначенню;

3. по способу виробництва.

 

 

 

          Рисунок 4.1 – Діаграма стану Fe – Fe₃C

 

     4.3 Експерементальна частина

4.3.1Обладнання:металографічні шліфи вуглецевих      сталей;металографічний мікроскоп ММР-4

4.3.2 Хід роботи

За допомогою металографічного дослідження ознайомитись з структурою вуглецевих сталей. В якості травителя використовуємо спиртовий розчин HNO₃(4%).Розглянемо декілька зразків:

Перший зразок - це  зразок технічного заліза (до 0,02%С). В його стуктурному складі є лише ферит.

В якості  другого та третього зразків розглянемо доевтектоїдну сталь(0,02-0,8%С). При цьому бачимо, що її структура складається з перліту (П=Ф+Ц), що у свою чергу складається з фериту та цементиту, та включень фериту. На зразках 2 і 3 графічно показано структуру доевтектоїдної сталі. Причому світлі ділянки, то є включення фериту, а інші ділянки- це перліт, тобто ферит і цементит.

Розглянемо тепер зразок евтектоїдної сталі (0,8%С). Відразу бачимо, що її структура складається лише з перліту без інших включень (зразок 4).

Структура заевтектоїдної сталі (0,8-2,14%С) складається з зерен перліту оточених цементитом, вміст якого не є бажаним, бо він збільшує твердість, проте зменьшує пластичність сталі і вона стає крихкою. На зразку 5 і 6 цементит покозано світлими ділянками.

 

      Зразок 1:      технічне залізо (вміст вуглецю до 0,02% )

                        Ц – цементит третинний

 

 

 

      Зразок 2:      

                           Ф - ферит

Сталь 20

                           П - перліт

                       

      Зразок  3:      

                           Ф - ферит

                                                        Сталь 45

П - перліт

 

 

      Зразок  4:      

Ф - ферит

                                                        Сталь 60

П - перліт

 

      Зразок  5:      

     П - перліт

У8 Сталь 80Л

 

 

      Зразок  6:      

П - перліт

Ц - цементит

0,8-2,14

                           У10

 

      Зразок  7:      

П - перліт

Ц - цементит

 

                           У10 після сверидизуючого відпалу

 

4.4 Індивідуальне завдання:

1. Сталь 05кп

Структура    Ф+П

Хімічний склад    С=до0,06%, Si=0.03%, Mn=0.4%, Ni=0.25%, S=0.04%, P=0.035%,Cr= 0.1%, Cu=0.25%, As=0.06%.

Призначена  для невідповідальних деталей, виготовлених методом холодної штамповки.

2.Сталь 35ГС

Структура    Ф+П

Хімічний склад    С=0,30- 0,37%, Mn=0.80-1,20%, Si=0.06-0,09%, Ni=0.30%, S=0.045%, P=0.040%,Cr= 0.30%, Cu=0.30%.

Призначена  для виготовлення арматури періодичного профіля класу А-ІІІ діаметром  від 6 до 40 мм.

3.Сталь 45Г2

Структура    Ф+П

Хімічний склад    С=0,41- 0,49%, Mn=1,40-1,80%, Si=0.17-0,37%, Ni=0.30%, S=0.035%, P=0.035%,Cr= 0.30%, Cu=0.30%.

Призначена  для виготовлення колінчатих, карданних  валів, кришок шатунів, і других середньо габаритних  деталей.

 

 

4. Сталь У8

Структура    П

Хімічний склад    С=0,76- 0,83%, Mn=0,17-0,33%, Si=0.17-0,33%, Ni=0.25%, S=0.028%, P=0.030%,Cr= 0.20%, Cu=0.25%.

Призначена  для інструменту, працюючого в умовах не виникаючого нагрівання ріжучої  кромкі: фрез, долот, відкруток, і так далі.

5. Сталь 9Х1

Структура    П

Хімічний склад    С=0,80- 0,95%, Mn=0,15-0,40%, Si=0.25-0,45%, Ni=0.35%, S=0.030%, P=0.030%,Cr= 1,40-1,70%, Cu=0.30%. W=0.20%, Mo=0.20%, Ti=0.03%, V=0.15%.

Призначена  для холодної прокатки металів.

6. Сталь 8Х3

Структура П

Хімічний склад  С=0,75-0,85, Si=0,15-0,35, Mn=0,15-0,40, Cr=3,20-3,80, S=0,030, P=0,030, Ni=0,35, Cu=0,30, W=0,20, Mo=0,20, Ti=0,03, V=0,15.

Призначення для  інструменту (пуансони, матриці) гаряччї  висадки кріплення та заготовок  із вуглецевих та високовуглецевих коструктивних  сталей на горизонтально-кувальних машинах.

7. Сталь 90ХМФ

Стуктура П+Ц

Хімічний склад: С=0,8-0,9%, Si=0,20-0,40%, Mn=0,20-0,70%, Cr=1,40-1,70%, S=0,040, Р=0,040%;Ni=0,030%; Mo=0,20-0,30%;V=0,10-0,20%.

Призначення –  опорні валки всіх розмірів і бондажі складних опорних валків листових станів для горячої прокатки металів.

8. Сталь95Х18

Структура П+Ц

Хімічний склад: С=0,9-1,0%; Si=0,8%; Mn=0,8%; Cr=17-19%; S=0,025; Р=0,03%; Ti=0,2; Cu=0,30%; Ni=0,6%

Призначення –  втулки, осі, стержні, шарикові та роликові підшипники.

 

9.Сталь Р9

П+Ц

Хімічний склад: С=0,85-0,95%; Si=0,50%; Mn=0,50%; Cr=3,80-4,40%; W=8,5-9,5%; V=2,40-2,70%; Mo=1,0%; Ni=0,40%; S=0,03%; P=0,03%; Co=0,50%.

Призначення –  для виготовлення інструментів простої  форми, не потребуюших багато шліфування, для обробки звичайних конструкційних матеріалів.

 

  

 

 

        4.5 Висновок: основною структурною складовою сталі є перліт, сталі з вмістом вуглецю 0,02 - 0,8% називають доевтектоїдними і їх структура Ф+П; сталі з вмістом вуглецю 0,8% називають евтектоїдними і їх структура П; сталі, що мають у своєму складі вуглецю 0,8 – 2,14% є заевтектоїдними сталями і мають структуру П+Ц; сталі до складу яких входить вуглецю до 0,02% називають технічними сталями і їх структура Ф.