Утверждаю

Ректор университета
__________________А.В.Лагерев
«____»____________2008 г.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ

углеродистых сталей

Методические указания

к выполнению лабораторной работы №4

для студентов всех специальностей и форм обучения

Издание 4-е, переработанное

Брянск 2008

УДК 669.01

Материаловедение. Изучение микроструктуры углеродистых сталей: методические указания к выполнению лабораторной работы № 4 для студентов всех специальностей и форм обучения.- Изд. 4-е, перераб. – Брянск: БГТУ, 2008. – 8 с.

Разработал:

В.Я.Жарков

канд. техн. наук, доц.,

Рекомендовано кафедрой «Технология металлов и металловедение» БГТУ (протокол №3 от 04.04.08)

Печатается по изданию: Материаловедение. Углеродистые стали. Методические указания к выполнению лабораторной работы № 4 для студентов всех специальностей и форм обучения.- Изд. 3-е, переработанное. – Брянск: БГТУ, 2000. – 9 с.

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель данной работы - изучить микроструктуры наиболее распростра­ненных в практике углеродистых сталей после отжига при различном со­держании углерода.

В ходе выполнения работы приобретаются практические навыки определения форм и природы структурных составляющих углеродистых сталей, а также оценки содержания углерода по микроструктуре.

Выполнению этой работы должно предшествовать знакомство студен­тов с техникой микроскопического анализа.

Работа рассчитана на 2 часа. Для её выполнения необходимы: коллекция микрошлифов углеродистых сталей, металлографический микро­скоп, альбом микроструктур и других иллюстраций к курсу "Материало­ведение" (раздел "Стали").

2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЯХ
Сталями называются сплавы железа с углеродом при содержании последнего до 2,14% С. Кроме этих основных компонентов, в стали содержатся постоянные примеси - марганец, кремний, сера и фосфор. Их содержание невелико и регламентируется по ГОСТ 1050-88 и ГОСТ 1435-90. В связи с этим можно считать, что микроструктура стали определяется в основном содержанием углерода.

Углеродистые стали классифицируются по следующим признакам:

• 
  по химическому составу (содержание углерода);
  
• 
  по микроструктуре.
  

2.1. Классификация углеродистых сталей по содержанию углерода
В зависимости от содержания углерода в железоуглеродистом сплаве различают:

• 
  техническое железо (содержит углерода до 0,05 %);
  
• 
  низкоуглеродистая сталь (0,05...0,25 % С);
  
• 
  среднеуглеродистая сталь (0,30...0,50 % С);
  
• 
  сталь с повышенным содержанием углерода (0,50...0,7 % С);
  
• 
  высокоуглеродистая сталь (свыше 0,7 % С).
  

2.2. Классификация углеродистых сталей

по микроструктуре
В микроструктуре углеродистых сталей присутствуют три струк­турные составляющие в различных формах и сочетаниях.

Феррит - твердый раствор углерода в альфа-железе. Для ферритной структурной составляющей характерны следующие формы: зернистая, сетчатая и типа видманштеттового строения.

Цементит (карбид железа) - химическое соединение, от­вечающее формуле Fe₃C. Свободный цементит может присутствовать в стали в виде зернышек, игл и сетки.

Перлит - эвтектоидная смесь феррита и цементита, обра­зующаяся при 0,8 % С. Перлит в зависимости от формы частичек це­ментита бывает пластинчатый и зернистый.

Микроструктура углеродистой стали выявляется на шлифах после травления 3...4 % раствором азотной кислоты в спирте. При этом феррит и цементит имеют белый цвет, а перлит -перламутровый. Обычно избыточный феррит занимает большие участки и легко отличается от цементита, который в стали бывает в неболь­ших количествах. Если сталь характеризуется повышенным содержа­нием углерода, близким к 0,8%, то феррит располагается в виде белой тонкой сетки, похожей на сетку цементита. В этом случае отличить цементит от феррита можно путем травления шлифа пикратом натрия, который окрашивает цементит в темно-коричневый цвет, ос­тавляя феррит белым.

В зависимости от сочетания микроструктурных составляющих (в соответствии с диаграммой состояния "железо-цементит") углеро­дистые стали делятся на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

Микроструктура доэвтектоидной стали состоит из перлита и избы­точного феррита (рис.1). При этом по мере увеличения содержания углерода количество перлита возрастает, а феррита - убывает (рис.2,3,4).

Эвтектоидные стали имеют микроструктуру, состоящую только из перлита (рис.5).

Микроструктура заэвтектоидных сталей состоит из перлита и избыточного (вторичного) цементита (рис.6).

2.3. Определение процентного содержания углерода

по микроструктуре
Зная относительное количество перлита в доэвтектоидной стали, можно определить приблизительное содержание углерода по формуле:

0,8К ,

100

где К - относительная величина площади, занятой перлитом, в про­центах ко всей наблюдаемой площади.

3. ЗАДНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Изучить микроструктуры углеродистых сталей предложенной кол­лекции шлифов, воспользовавшись настоящими методическими указани­ями.

На рис.1…6 показаны микроструктуры наиболее типичных угле­родистых сталей после полного отжига.

На рис.7 и 8 показаны микроструктуры, часто встречающиеся на практике в неотожженном литье и в сильно перегретой кованой стали. Феррит в низко- и среднеуглеродистых сталях при повышенных скоростях охлаждения и перегревах выделяется не только по грани­цам зерен в виде сетки (рис.7), но также и внутри зерен по плос­костям, разориентированным на 60, 120° (рис.8).

При изучении микроструктуры шлифов под микроскопом и класси­фикации углеродистых сталей рекомендуется использовать кафедраль­ный "Альбом микроструктур и других иллюстраций" (раздел "Стали", с.9-11)

3.1. Порядок выполнения работы
Зарисовать микроструктуры углеродистых сталей, пользуясь 300...400 кратным увеличением.

Указать выносными стрелками структурные составляющие.

Рис.1. Микроструктура технического железа	Рис.2. Микроструктура низкоуглеродистой стали: феррит (светлый) и перлит
Рис.3. Микроструктура среднеуглеродистой стали: феррит (светлый) и перлит	Рис.4. Микроструктура доэвтектоидной стали с повышенным содержанием углерода: феррит (светлый) и перлит

Рис.5. Микроструктура эвтектоидной стали: перлит пластичный (а) и перлит зернистый (б)	Рис.6. Микроструктура заэвтектоидной стали: перлит и сетка цементита (светлая) между зернами перлита
Рис.7. Микроструктура доэвтектоидной стали: перлит и сетчатый феррит (светлый)	Рис.8. Микроструктура доэвтектоидной стали: перлит и феррит видманштеттового строения

3.2. Содержание отчета
1. Сделать зарисовки микроструктур изученных углеродистых сталей.

2. Определить полные названия изученных углеродистых ста­лей с учетом классификационных признаков по содержанию углеро­да и структурных составляющих.

3.3. Контрольные вопросы
1. Какие структурные составляющие имеют доэвтектоидиая, эвтектоидная и заэвтектрокдная стали?

2. Какую твердость (HB) имеют феррит, перлит и цементит?

3. Как влияет содержание углерода в стали на ее механи­ческие свойства и твердость?

4. Как классифицируют углеродистые стали в зависимости от содержания углерода в них?

5. Как влияет содержание углерода в стали на относитель­ные количества в ней феррита, перлита и цементита вторичного?

6.Как влияет цементит вторичный в виде замкнутой сетки на временное сопротивление разрыву и вязкость стали?

7. Почему перлит пластинчатый отличается от зернистого более высокими твердостью и прочностными свойствами?
4. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Основная

1. 
   Материаловедение: учеб. для вузов / Б.Н.Арзамасов, В.И.Макарова, Г.Г.Мухин [и др.]; под общ. ред. Б.Н.Арзамасова, Г.Г.Мухина. – 5-е изд., стер. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003. – 648 с.
   

Дополнительная

1. 
   Лахтин, Ю.М. Материаловедение: учеб. для вузов / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.
   
2. 
   Физическое металловедение: в 3-х т. / под ред. Р.Кана;– М.: Мир, 1967.
   

Материаловедение. Изучение микроструктуры углеродистых сталей: методические указания к выполнению лабораторной работы № 4 для студентов всех специальностей и форм обучения

Жарков Виктор яковлевич

Научный редактор С.В.Давыдов

Редактор издательства Л.И.Афонина

Компьютерный набор Козырева О.В., Малкина М.А.

Иллюстрации С.В.Давыдов, В.Я.Жарков

Темплан 2008 г., п 186

Подписано в печать 01.07.08. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Офсетная печать. Усл. печ.л. 0,46. Уч.-изд.л. 0,46. Тираж 50 экз. Заказ . Бесплатно.
Брянский государственный технический университет.

241035, Брянск, бульвар 50-летия Октября, 7, БГТУ.

Лаборатория оперативной полиграфии БГТУ, ул. Институтская, 16.