Файл: Технология металлов и конструкционные материалы учебное пособие..pdf

■В результате неодинаковой стойкости к травлению структурных составляющих образца ла поверхности его шлифа проявляется микро­ рельеф; При рассмотрении освещенного шлифа под микроскопом вид­ ны сочетания света и тени (рис. 46) вследствие различного отраже­ ния света. Структура, травящаяся сильнее, кажется под микроскопом более темной. Границы зерен чистых металлов и твердых растворов будут видны под микроскопом в виде тонкой сетки. Часто зерна од­ ного и того же (металла травятся по-разному. Это объясняется тем, что в плоскости шлифа находятся зерна с различной кристаллогра­ фической ориентацией, а следов ательно, обладающие и неодинако­ вой химической активностью.

. Структура железоуглеродистых сплавов

Структурными составляющими железоуглеродистых сплавов яв­ ляются: феррит, цементит, перлит, ледебурит, графит.

Феррит в оплаве образуется .первым, и его размеры в значитель­ ной степени зависят от скорости охлаждения аустенита. При рас­ смотрении в микроскопе феррит наблюдается в виде светлых зерен (неодинаковой яркости.

Цементит наблюдается под микроскопом в различных геометри­ ческих формах в 'виде пластин, мелких зерен и сетки по границам зерен других структурных составляющих (феррита или перлита). Це­ ментит травится реактивам и медленнее, чем феррит, поэтому он как бы возвышается над последним, и при рассмотрении под микроскопом кажется более светлым. Отличить цементит от феррита в. сомни­ тельных случаях можно путем травления шлифа пнкратом натрия, который окрашивает цементит в темный цвет.

Перлит наблюдается в .микроскопе в виде чередующихся между собой темных и светлых полосок. В зависимости от формы цемен­ тита различают: пластинчатый перлит (рис. 32,в), в котором цемен­ тит имеет форму пластин; зернистый перлит (рис. 37), в котором цементит имеет форму зерен, расположенных в феррите. .Границы зе­ рен и пластин наблюдаются в виде темных линий, которые образу­ ются теныо от выступающих цементитшых часшц. Если размер цементнтиых частиц очень мал, то перлит в обычном металламикроскоие наблюдается в виде темных зерен, на которых нельзя заме­ тить пи пластин, ни зерен цементита.

собой перлит и цементит вторичный. Последний в зависимости от режима термической обработки наблюдается в виде светлых не­ больших по величине зерен либо в виде светлой сетки по границам зерен перлита.

Микроструктура доэвт.ектического белого чугуна (рис. 32,6) со­ стоит из перлита, ледебурита и цементита. Перлит наблюдается в виде темных зерен, ледебурит — отдельные участии зерен перлита, расположенных в .цементите, .цементит — светлые участки.

Структура эвтектического чугуна состоит из одной составляющей ледебурита ((рис. 32,е).

- 103

ние 100) и определяют процентное содержание структурных состав­ ляющих. Далее расчет ведут следующим образом. Например, в доэвтектоидной стали содержится 40% перлита и 60% феррита. Изве­

95-0,8

10,76% С;

100

2)100% цементита содержат 6,67% С, 5% цементита содержа Хо % С, отсюда

3)общее содержание углерода:

х= х1 + х« = 0,76 + 0,33 = 1,09% С.

Порядок выполнения работ

11. Ознакомиться с методикой изготовления микрошлифов.

2. Пользуясь альбом'ом микроструктур и рисунками:

а) внимательно рассмотреть под микроскопом набор шлифоз стали, зарисовать схемы микроструктур и определить класс стали (доэвтектоидный, эвтектоид.ный, заэвтектоидиый).

б) внимательно рассмотреть под микроскопом набор шлифов чугунов, зарисовать схемы микроструктур и определить вид чугуна (белый, серый, ковкий, высокопрочный).

Схемы изображаемых структур зарисовываются в кругах диа­ метром 50 мм. .При зарисовке следует изобразить отмеченные особен­ ности строения шлифа (точно копировать видимое изображение структуры трудно выполнимо).

104

3.Определить содержание углерода в двух образцах стали (доэвтектондной и заэвтектоидиой).

4.Составить письменный отчет о работе. В отчет включить цель

работы, задание, схемы микроструктур рассмотренных шлифов с указанием структурных составляющих, расчет содержания углерода для двух образцов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.

Практика термической обработки стали

Цель работы: получить навык по термической "обработке углеродистой стали, ознакомиться с метастабильпыми структурами.

Задание

Л Определить режим и произвести закалку образцов стали ма­

рок 30, 45, УИ0А.

|2. Определить твердость .образцов после закалки, б. Определить режим и произвести низкий, средний и высокий

отпуск образцов стали .марки 45.

4.Определить твердость образцов после 'Отпуска. »

6.Изумить и охарактеризовать структуру стали после выполнен­ ных различных видов термической обработки.

6.Сделать анализ влияния термической обработки углеродистой

стали на ее .механические свойства.

7. Ознакомиться с режимами термической обработки и структу­ рой некоторых деталей сельскохозяйственных машин.

в. Составить отчет о работе.

. 1Пр и м еч а и и е. Пункты 6 и 7 выполняются как домашнее за­ дание.

9

Оборудование и материалы

Для выполнения работы необходимо'иметь шесть печей с термо­ электрическими пирометрами; твердомер типа TiK (прибор Роквел­ ла); два металломикроскопа; шесть кузнечных клещей; три бака с водой; по двенадцати образцов углеродистой стали марки 30, 45 и У112А; шлифовальную бумагу; два комплекта набора микрошлифов со структурой мартенсита, троостита, сорбита.

Методические указания

Данная лабораторная работа выполняется после изучения §§ 123—06. Подгруппа разбивается на четыре бригады по 3—4 чело­ века в каждой. Бригаде выдаются ,по три образца одноименной мар­ ки углеродистой стали (марок 30, 45, У42А).

(Три печи нагреваются соответственно до температур 200, 400 и 600ЧС, другие три — до температуры 750—800°С.

Практика закалки и (отпуска стали

Закалка углеродистых сталей производится в целях повышения их механических свойств: твердости, предела прочности, упругости и износостойкости.

105

(Процесс закалим .состоит из следующих этапов: а) нагревания изделия до температуры закалки;

■б) выдержки изделия в течение определенного времени при за­ данной температуре;

в) охлаждения изделпя с .нужной скоростью.

Температура нагрева под закалку должна обеспечить в стали аустенитную структуру. На рис. 38 показам интервал температур для закалки статней в зависимости от содержания углерода. Еслп доэвтектондпую сталь нагревать до аустенито-ферритной структуры, то закалка будет неполная, а твердость стали — невысокая (в структу­ ре будет феррит). Заавтектоидные сталп рекомендуется напревать до аустенито-цементитной структуры, т. е. производить неполную за­ калку, тао< как цементит в структуре увеличит твердость металла.

IB случае .натрева выше рекомендованного интервала возможен перепрев стали и снижение ее свойств. Для контроля температуры в печи применяются пирометры. При отсутствии пирометров темпе­ ратуру ориентировочно можно определять .по цветам каления. Цвет

каления стали в зависшиости от температуры, °С, изменяется следу­ ющим образом:

Время натрева и выдержки изделий из углеродистой стали за­ висит от температуры нагрева, .напревающей среды и формы изделий. 13 табл. 3 приведены условия натрева стали при термической обра­ ботке в лабораторных электрических лечал.

Скорость охлаждения при закалке оказывает влияние на струк­ туру и свойства стали. Для получения структуры мартенсита в уг­ леродистых сталях необходимо охлаждение со скоростью 400—600°С в секунду в интервале 600—400°С. Снижение скорости приводит к

106

При закалке важным является медленное охлаждение стали в (интервале температур, при которых происходит превращение аусте­ нита в мартенсит (300°С), так как непосредственный .переход аусте­ нита в .мартенсит не требует больших скоростей охлаждения и, кро­ ме того, если превращение аустенита в мартенсит будет происхо­ дить при медленном охлаждении, то изменение его объема по сече­ нию протекает равномерно и тем самым снижаются внутренние на­ пряжения и деформации.

В табл. 4 приведены скорости охлаждения, получаемые в неко­

торых наиболее распространенных охлаждающих средах.

Важное значение при закалке имеет способ .погружения изделия в охлаждающую жидкость (рис. 46).

Рис, 46. Способы погружения изделия в жидкость

iHanpaB-нлъное погружение приводит к неравномерному распре­ делению в металле внутренних напряжений, что может вызвать ко­ робление изделий, а также недостаточную твердость его отдельных частей. Изделия, имеющие несквозные отверстия, следует погружать в охлаждающую жидкость закрытой стороной, чтобы воздух и пар могли выйти в отверстия, а вода проникла в него. Детали, имеющие вогнутую поверхность, нельзя погружать вогнутой1 поверхностью вниз, так как образующаяся паровая рубашка не даст этому месту за­ калиться. При закалке изделий, имеющих неодинаковые сечения, сна­ чала погружают в жидкость наиболее массивные их часта. Изделия

плоской формы следует погружать в охлаждающую -среду узкой сто­ роной.

Отпуск стали проводится после закалки, чтобы уменьшить хруп­ кость, ослабить напряжения и получить требуемые механические свойства.

107

Температура .нагрева стали зависит от вида отпуска (см. § 26). 'Время выдержки зависит от размеров изделия и температуры

нагрева (тайл. 3).

Большое применение имеет отпуск по цветам побежалости, ко­ торые зависят от температуры нагрева, °С:

Метастабильность структуры

К метастабильиьш ('неустойчивым) структурам относятся .мар­ тенсит,'троостит, сорбит и а'уствннт.

Мартенсит имеет игольчатое строение. Размеры игл зависят от температуры закалки, от .размеров зерен аустенита, на которых они образовались, и их количества. Лучшими механическими свойства­ ми обладает мелкоигольчатый мартенсит. В металломикроскопе мар­ тенсит наблюдается в виде игл, расположеннъгх под углами 60, 90 и 120° друг к другу (рис. 35,а).

108