Основные фазы и структурные составляющие сталей в отожженном (равновесном) состоянии

В зависимости от температуры и содержания углерода стали образуют различные фазы и структурные составляющие.

Таблица 1. – Структурные составляющие стали и их механические свойства

Структура	Физическая природа	Содержание углерода	Уровень механических свойств
			НВ	σв, МПа	δ, %	Ударная вязкость
Феррит	Твердый раствор углерода в α -железе	≤0,006 при 20 0С ≤0,02 при 727 0С	≈80	≈250	≈40	вязкий
Аустенит	Твердый раствор углерода в γ -железе	≤0,8 при 727 0С ≤2,14 при 1147 0С	≈160	≈700	≈60	вязкий
Цементит	Химическое соединение Fe3C	6,7	›800	низкие	низкие	очень хрупкий
Перлит	Эвтектоидная смесь феррита (88%) и цементита (12%)	0,8	≈200	≈800	≈15	хрупкий

Жидкая фаза– жидкий раствор углерода в железе. Твердые фазы и структурные составляющие:

Феррит (Ф) Имеет ОЦК решётку.

Аустенит (А) Имеет ГЦК – решётку, является высокотемпературной фазой, он существует только при температуре выше 727°С.

Цементит (Ц) В зависимости от условий существования различают цементит:

первичный, который образуется из жидкости при затвердевании расплава;

вторичный – образуется при распаде аустенита;

третичный – образуется при выделении углерода из феррита.

Перлит (П) Он содержит 0,8% С и образуется при 727 °С в результате распада аустенита в процессе его охлаждения.

Феррит, аустенит, цементит, перлит являются структурными составляющими сплавов на основе железа.

 

Классификация углеродистых сталей

По содержанию углерода

Низкоуглеродистые [С] £ 0,25%.

Среднеуглеродистые 0,25% < [С]£ 0,6%.

Высокоуглеродистые 0,6% < [C] < 2,14%.

По равновесной структуре

Доэвтектоидные – [С] < 0,8%.

Эвтектоидные – [C] = 0,8%.

Заэвтектоидные – [C] > 0,8%.

По способу раскисления

Кипящие – раскисленная только [Si].

Полуспокойная – раскисленная [Si], [Mn].

Спокойная – раскисленная [Si], [Mn], [Al].

По качеству в зависимости от содержания вредных примесей серы (S) и фосфора (P).

Обыкновенного качества [S] £ 0,050%, [P] £ 0,040%.

Качественные         [S] £ 0,035%, [P] £ 0,035%.

Высококачественные     [S] £ 0,030%, [P] £ 0,030%.

Особовысококачественные [S] £ 0,015%, [P] £ 0,025%.

По назначению

Конструкционные.

Инструментальные.

Влияние углерода на механические свойства стали в отожженном (равновесном) состоянии

Влияние содержания углерода на механические свойства сталей в отожженном (равновесном) состоянии показано на рисунке 1.

Рисунок 1 – Влияние углерода на механические свойства сталей

 

2.3.1. С ростом содержания углерода увеличивается твердость НВ стали. Это объясняется увеличением количества цементита - самой твердой фазы в стали (по правилу отрезков).

2.3.2. С увеличением содержания углерода до 0,8% увеличивается прочность (s_в), так как увеличивается количество перлита в структуре стали. Максимальная прочность достигается при содержании углерода 0,8% (структура перлит – самая прочная структурная составляющая стали в равновесном состоянии). Снижение прочности стали с содержанием углерода свыше 0,8% объясняется появлением в структуре заэвтектоидных сталей цементита в виде сетки по границам перлитных зерен.

2.3.3. Снижение пластичности (d) и ударной вязкости (КСV) объясняется уменьшением количества феррита - самой мягкой, пластичной и вязкой фазы.

ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И

НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ

3.1. Микроскопы марки МИМ-7 с увеличением в 100 раз.

3.2. Микрошлифы углеродистых сталей в отожженном состоянии.

3.3. Атласы микроструктур сталей № 7.

3.4. Плакаты:

 №1 «Диаграмма состояния железо-углерод».

 №2 «Микроструктуры сталей и чугунов в отожженном состоянии».

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1. Изучить настоящие методические указания.

4.2. Изучить микроструктуру микрошлифов марок сталей, указанных в таблице 2. (в 5-6 полях зрения микроскопа по ширине и высоте площади шлифа) и сравнить с микроструктурами, приведенными в атласах и на плакате №2 «Микроструктуры сталей и чугунов в отожженном состоянии».

 

Таблица 2. – Марки рассматриваемых сталей

Марка стали	Атлас №7, фиг.	Структурные составляющие
08кп	7	Феррит + следы перлита
30	8	Феррит + перлит
У8	4	Перлит
У12	10	Перлит + цементит (сетка)

 

4.3. На левой стороне листа отчета зарисовать в квадрате 40х40 мм схемы микроструктур исследуемых микрошлифов с указаниями структурных составляющих. Пример на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема структуры стали 08кп

 

4.4. Справа от рисунка сделать описание микрошлифа стали по следующему плану:

4.4.1. Марка стали;

4.4.2. Среднее содержание углерода (в %);

4.4.3. Классификация по количеству углерода;

4.4.4. Классификация по равновесной микроструктуре;

4.4.5. Классификация по способу раскисления;

4.4.6. Классификация по качеству;

4.4.7. Классификация по назначению;

4.4.8. Основные механические и технологические свойства;

4.4.9. Область применения.

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

5.1. Наименование работы.

5.2. Цель работы.

5.3. Схемы равновесных микроструктур сталей марок 08кп, 30, У8, У12 с обозначением структурных составляющих.

5.4. Описание микроструктур вышеуказанных марок по плану в п. 4.4.

5.5. Выводы по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1. Что такое сталь?

6.2. Как классифицируются стали по содержанию углерода?

6.3. Как классифицируются стали по равновесной микроструктуре?

6.4. Как классифицируются стали по качеству?

6.5. Как классифицируются стали по назначению?

6.6. Как классифицируются стали по способу раскисления?

6.7. Каково влияние углерода на микроструктуру и механические свойства стали?

6.8. Что такое феррит и каковы его свойства?

6.9. Что такое аустенит и каковы его свойства?

6.10. Что такое цементит и каковы его свойства?

6.11. Что такое перлит и каковы его свойства?

6.12. Как определить микроструктуру сталей в равновесном состоянии?

6.13. Практическое значение диаграммы состояния «железо-углерод.

Лабораторная работа № 6