Микроанализ термических и химико-термических обработанных и легированных углеродистых сталей

Лабораторная работа 5

Тема: Микроанализ термических и химико-термических обработанных и легированных углеродистых сталей

Цель: Изучить микроструктуру термообработанных сталей или сталей подвергавшихся какой-либо технологической операции или легировании.

Оборудование: Металлографический микроскоп, набор микрошлифов, термически и химико-термически обработаны и легированы углеродистые стали.

Задание

1. Изучить микроструктуру доэвтектоидной стали до и после термической обработки

2. Схематически зарисовать изучаемые структуры, дать им характеристику и свойства, привести необходимые диаграммы, схемы

3. Составить отчёт в соответствии с пунктами задания

Ход работы

1. Изучить микроструктуру доэвтектоидной стали до и после термической обработки

Феррит и перлит. В доэвтектоидной стали после полного отжига, т. е. нагрева до температуры Ас3 + (20--30° С) и последующего медленного охлаждения вместе с печью, образуется мелкая, равномерная структура, состоящая из феррита и перлита (рис. 1), светлые участки -- зерна феррита, темные -- перлита.

Цементит и перлит. В заэвтектоидной стали после неполного отжига, т. е. нагрева до температуры Ас1 + (20--30° С) и последующего медленного охлаждения вместе с печью, образуется структура, состоящая из цементита и перлита; если цементит перлита и вторичный цементит находится в виде зерен, такая структура называется зернистым перлитом (рис. 2, а). Если отжиг не доведен до конца, то образуется смешанная структура зернистого и пластинчатого перлита (рис. 2, б).

Видманштеттова структура. Если доэвтектоидная сталь была нагрета до температуры значительно выше критической точки Ас3, например до 1000--1100° С, т. е. перегрета, то происходит значительный рост зерен, и при последующем медленном охлаждении образуется так называемая видманштеттова структура (рис. 3), характерная выделением феррита в виде крупных игл (пластин), расположенных внутри перлита под углом друг к другу с образованием треугольников. Механические свойства (особенно вязкость) стали с такой структурой низкие.

Микроструктура закаленной стали

Мартенсит. Основной структурой закаленной стали является структура мартенсита. Мартенсит -- пересыщенный твердый раствор углерода в а-железе Fe_? (С). Мартенсит имеет характерное игольчатое строение (рис. 4). Размер игл мартенсита зависит от размера зерен аустенита. Чем мельче зерна аустенита, тем мельче получаются иглы мартенсита, а размер зерен аустенита зависит от температуры нагрева стали, увеличиваясь с ее повышением. Поэтому, чем выше температура нагрева, т. е. чем больше перегрев стали, тем более крупноигольчатым получается мартенсит (рис. 5; а).

В доэвтектоидной (среднеуглеродистой) стали после нормальной закалки, т. е. нагрева до температуры Ас3 + (20--30° С) и последующего быстрого охлаждения в воде, образуется структура мелкоигольчатого мартенсита (рис. 5, б) или так называемого скрытокристаллического мартенсита (рис. 5, в).

Мартенсит и феррит. Если доэвтектоидная сталь была нагрета до температуры между критическими точками Ас1 и Ас8, то при таком нагреве часть феррита не превратится в аустенит. После охлаждения аустенит превратится в мартенсит, а феррит останется в закаленной стали. В результате после закалки в воде получится структура мартенсит + феррит (рис. 5,6) с пониженной твердостью. Такая закалка будет неполной.

Микроструктура закаленной и отпущенной стали

Мартенсит отпуска. Микроструктура мартенсита отпуска образуется после низкотемпературного отпуска (до 200° С) закаленной на мартенсит стали. Отпущенный мартенсит похож на мартенсит закалки. Характерным является только то, что если в мартенсите после закалки иглы (пластины) светлые, то в мартенсите отпуска они темные (рис. 7). Изменение цвета игл мартенсита связано с изменениями, происходящими в мартенсите при низкотемпературном отпуске. При нагреве стали со структурой мартенсита до 200° С происходит выделение из пересыщенного твердого раствора углерода в а-железе мельчайших частичек цементита, но еще связанных с исходной фазой (а-раствором). При этом уменьшается степень тетрагональности мартенсита.

Троостит отпуска. Микроструктура троостита отпуска образуется после отпуска при 350--450° С стали, закаленной на мартенсит (рис. 8). Таким образом, троостит отпуска является продуктом распада мартенсита. Он представляет собой высокодисперсную смесь частиц феррита, мельчайших округлых зерен и коротких пластинок цементита.

Сорбит отпуска. Микроструктура сорбита отпуска образуется после отпуска при 500--600° С стали, закаленной на мартенсит (рис. 9). Таким образом, сорбит отпуска является продуктом распада мартенсита. Он представляет собой механическую смесь феррита и округлых зерен цементита, но более грубого строения, чем троостит. Иногда сорбит сохраняет форму игл мартенсита, из которого он был получен в результате отпуска закаленной стали. В этом случае при обычных увеличениях сорбит отпуска трудно отличить от мартенсита.

2. Схематически зарисовать изучаемые структуры, дать им характеристику и свойства, привести необходимые диаграммы, схемы

2.1. Просмотреть и изучить при увеличениях от 200 до 500 раз микроструктуры конструкционных сталей.

2.2. Зарисовать микроструктуру в кругах диаметром 60 мм. или в квадратах размером 60Х60 мм.

2.3. Под каждой зарисованной микроструктурой дать подпись с указанием наименования стали, её химического состава, обработки, наименования структуры и увеличение.

2.4. На каждой зарисованной микроструктуре указать стрелками различные фазы и структурные составляющие и около стрелок, на полях, написать их наименование.

Рисунок 1 Доэвтектоидная сталь, травление 4%-ным спиртовым раствором азотной кислоты (g500): а - до отжига; б - после отжига

Рисунок 2 Заэвтектоидная сталь.

Рисунок 2 Доэвтектоидная сталь. Видманштеттова структура (g500)

Рисунок 3 Иглы мартенсита в закаленной высокоуглеродистой стали.

Рисунок 4 Мартенсит. а - крупноигольчатый; б - мелкоигольчатый; в - скрытокристаллический.

Рисунок 5 Доэвтектоидная сталь, недогретая при закалке - мартенсит и феррит.

Рисунок 6 Мартенсит: а - после закалки, светлые иглы мартенсита на темном фоне аустенита; б - после закалки и низкого отпуска, темные иглы мартенсита на светлом фоне аустенита.

Рисунок 7 Троостит отпуска

Рисунок 8 Сорбит отпуска

Рисунок 9 Область доэвтектоидных сталей

3. Составить отчёт в соответствии с пунктами задания

С помощью изучения микроструктуры термообработанных сталей или сталей подвергавшихся какой-либо технологической операции или легировании можно выявить структурные составляющие данной стали.