Задание:

1. Вычертить диаграмму состояния железоуглеродистых сплавов, обозначив буквами ее линии, указав значения температур и содержание углерода.

2. Указать кристаллическое строение и свойства компонентов сплавов.

3. Описать фазы и структурные составляющие сплавов, указать их в областях диаграммы.

4. Записать и объяснить реакции образования фаз и структурных составляющих в железоуглеродистых сплавах согласно их диаграмме.

5. Построить и проанализировать с применением правила фаз Гиббса кривую охлаждения (нагрева) сплава, заданного преподавателем, а также кривую охлаждения сплава с 0,4 % С.

6. Определить составы фаз и структурных составляющих, их массовые доли в исследуемом сплаве при температурах, заданных преподавателем.

7. Написать отчет по работе в соответствии с вышеуказанными пунктами заданий

Лабораторая работа №6 «Структура и свойства сталей в равновесном состоянии»

Цель работы:

• изучение микроструктуры углеродистых сталей в равновесном состоянии,

• определение марки сталей,

• установление связи между структурой стали, диаграммой состояния Fe-Fe3C и свойствами сплавов.

1. Равновесные состояния сплава

Равновесное состояние сплава, описываемое соответствующей диаграммой равновесия, может быть достигнуто охлаждением сплава с бесконечно малыми скоростями в этом случае при любой произвольно выбранной температуре сосуществующих фаз содержание в них компонентов вполне определенное. Каждая фаза сплава гомогенна. Размеры и морфология фазовых выделений определяются минимальными значениями поверхностной энергии.

Равновесные структуры сталей и превращения в них описываются диаграммой состояния системы железо – цементит (рис. 1). Фазовые превращения в сталях, наблюдаемые на практике, протекают при температура отличающихся от температур, соответствующих равновесному состоянию, зависят от реальной скорости охлаждения сплава. Допустимо считать, равновесные структуры в сталях формируются также при реальных малых скоростях охлаждения, например при охлаждении вместе с выключенной печью, в которой они нагревались до температур, соответствующих аустенитной области диаграммы Fe-Fe₃C.

Рис. 1. Диаграмма состояния железо – цементит

2. Зависимость свойств стали от содержания углерода

Техническое железо, как видно из диаграммы состояния (рис. 5.4, а), может быть однофазным (Ф) или двухфазным (Ф + Ц_III). Округлые зерна фер­рита при протравливании шлифа 4...6-процентным раствором азотной кислоты в спирте имеют цвет светлой соломы. Светло-голубой Цщ располагается в виде тонких включений по границам зерен феррита. Феррит мягок и пластичен (σ_В = 200...300 МПа, σ_т = 120...300 МПа, δ = 30...50 %, ψ = 60...85 %, 80... 100 НВ). Цементит тверд (800 НВ) и хрупок, разрушение при растяжении происходит практически без удлинения образца.

В структуре сталей по мере увеличения содержания углерода возрастает массовая доля цементита и соответственно уменьшается доля феррита. Это приводит к повышению твердости и прочности стали, к снижению ее пластичности (рис. 2), изменению физических и технологических свойств. К технологическим свойствам сплавов относятся свариваемость, обрабатываемость резанием и давлением, стойкость к изнашиванию, восприимчивость к закалке и некоторые другие. Например, стали с содержанием углерода до 0,37 % хорошо свариваются, с повышением содержания углерода свариваемость ухудшается. Стойкость сталей к изнашиванию, наоборот, возрастает при увеличении содержания углерода в них.

Рис. 2. Зависимость механических свойств стали от содержания в ней углерода