Определение микроструктуры Fe - C сплавов
Цель работы:
1. Ознакомиться с методами металлографического анализа, способами выявления микроструктуры, устройством металлографического микроскопа.
2. Изучить структуру железоуглеродистых сплавов и определить зависимость механических свойств сплавов от их структуры.
3. Научиться подготавливать образцы для микроисследования, настраивать и правильно пользоваться металлографическим микроскопом, научиться определять структурные составляющие различных железоуглеродистых сплавов.
Приборы и материалы:
1) Металлографический микроскоп;
2) Шлифовально-полировальный станок, комплект наждачной бумаги, травители;
3) Образцы для приготовления шлифов.
Теоретические основы работы
Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов.
Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.
Применение металлов и сплавов в практике требует знания их свойств. Изменение свойств металлов в связи с составом обусловливается, главным образом, изменением структуры металла. Внутреннее строение (структура) в свою очередь зависит от химического состава материала и методов внешнего воздействия, таких как термическая обработка, пластическая деформация химико-термическая обработка и т.п. Структура металла (сплава) – это порядок расположения видимых под микроскопом фазовых и структурных составляющих. Под структурными составляющими сплава понимают отдельные, структурно обособленные части сплава, имеющие при рассмотрении под микроскопом однообразное строение с присущими им характерными свойствами и особенностями. Структурные составляющие могут состоять из одной, двух или более фаз. Фаза – это однородная по химическому составу, строению, свойствам и агрегатному состоянию часть неоднородной системы (сплава), которая ограничена от других частей поверхностями раздела, при переходе через которую химический состав или структура изменяются скачком. Фазами могут быть чистые металлы, химические соединения, жидкие и твердые растворы с возможными аллотропическими модификациями. Следовательно, однородная жидкость является однофазной системой, механическая смесь двух видов кристаллов – двухфазной, химическое соединение – однофазной.
|
|
|
Диаграмма состояния – это графическое изображение равновесного фазового состояния сплавов данной системы в координатах температура - концентрация компонента.
Рисунок 2.1. - Диаграмма состояния «железо-цементит».
Среди диаграмм состояния металлических сплавов самое большое значение имеет диаграмма состояния «железо-углерод». Имеются две диаграммы состояния железо-углеродистых сплавов: метастабильная, характеризующая превращения в системе железо-цементит, и стабильная, характеризующая превращения в системе железо-графит. Для всех низкоуглеродистых сплавов (сталей) превращения при кристаллизации совершаются в соответствии с метастабильной диаграммой. В высокоуглеродистых сплавах (чугунах) превращения при первичной кристаллизации часто идут по стабильной диаграмме, а при дальнейшем охлаждении в твердом состоянии – по метастабильной диаграмме. Диаграмма состояния «Железо-Цементит» представлена на рис. 2.1.
|
|
|
Железо и углерод – элементы полиморфные. Железо с температурой плавления 15390С имеет две модификации - a и g. Модификация Fea существует при температурах до 9110С и от 1392 до 15390С, имеет ОЦК решетку с периодом 0,286 нм при 20-250С, ферромагнитно до температуры 7680С.
Модификация Feg существует в интервале температур от 911 до 13920С, имеет ГЦК решетку, период которой при 9110С равен 0,364 нм. ГЦК решетка более компактна, в связи с чем при переходе Fea в Feg объем железа уменьшается приблизительно на 1 %. Feg парамагнитно.
Углерод существует в двух модификациях: графита и алмаза. При нормальных условиях стабилен графит.
Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой жидкий раствор, феррит, аустенит, цементит и свободный углерод в виде графита.
|
|
|
Феррит (обозначают Ф или a )– твердый раствор внедрения углерода в a-железе (Fea). Различают низкотемпературный и высокотемпературный феррит. Он имеет ОЦК-решетку, растворимость углерода в которой для низкотемпературного феррита 0,02%, а для высокотемпературного – 0,1%. Феррит, кроме углерода, растворяет и другие элементы.
Феррит – мягкая, пластичная фаза. Нелегированный феррит имеет следующие механические свойства: sв=300 МПа; d=40%; твердость – 80-100 НВ.
Аустенит (обозначают А или g ) – твердый раствор внедрения углерода в g-железе (Feg). Он имеет ГЦК-решетку, межатомные поры в которой почти в 2 раза больше, чем в ОЦК-решетке. Растворимость углерода в Feg достигает 2,14%. Аустенит так же, как и феррит может растворять и другие элементы, при этом металлы образуют твердые растворы замещения. Аустенит пластичен, но прочнее феррита (160 – 200 НВ).
Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом (Fe3C), содержит 6,67% С и имеет сложную ромбическую решетку. При нормальных условиях тверд (800 НВ) и хрупок. Он слабо ферромагнитен и теряет ферромагнетизм при 2100С. Температуру его плавления трудно определить в связи с распадом при нагреве. При нагреве лазерным лучом она установлена равной 12600С.
|
|
|
Графит – углерод, выделяющийся в железоуглеродистых сплавах в свободном состоянии. Электропроводен, химически стоек, малопрочен, мягок (3 НВ).
К двухфазным структурным составляющим железоуглеродистых сплавов относят перлит и ледебурит.
Перлит – механическая смесь (эвтектоид) феррита и цементита. Перлит содержит 0,8% углерода и образуется при температуре 7270С в результате распада аустенита по эвтектоидной реакции
Feg® Fea+ Fe3C.
Перлит в зависимости от формы частичек цементита бывает пластинчатым и зернистым.
Ледебурит – механическая смесь (эвтектика), образующаяся из жидкого чугуна при температуре 11470С и содержащая 4,47% С. При температуре выше 7270С состоит из цементита и аустенита, а при температуре ниже 7270С – из перлита и цементита.
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 276; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!