Микроструктура углеродистых сталей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РФ

Ачинский филиал

Федерального  государственного автономного образовательного учреждения

Высшего образовательного образования

«Сибирский  федеральный университет»

 

 

Отчёт к лабораторной работе №5

Тема: МИКРОСТРУКТУРА  УГЛЕРОДИСТЫХ  СТАЛЕЙ 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент:

группы: ФА09-07

Годунова А.А. 

 

Проверила:

Свечникова.Л.А

Цель работы:Изучить структуру технического железа и углеродистых сталей в условиях относительного фазового равновесия.Проанализировать формирование структуры сплавов при кристализации и её изменение при фазовых превращениях в твёрдом состоянии.Установить связь между диаграммой состояния железо-цементит и структурой сплавов.

Теоретические сведения.

Техническое железо, стали и чугуны относятся к сплавам железа с углеродом. Фазовые состояния железоуглеродистых сплавов в зависимости от состава и температуры описываются диаграммами стабильного Fe–C и метастабильного равновесия Fe–Fe3C. Диаграмма железо–графит построена в условиях очень медленного нагрева и охлаждения (доли градуса в минуту). Диаграмма железо–цементит строится в условиях более высоких скоростей нагрева и охлаждения (порядка нескольких градусов в минуту). Компонентом системы железо–цементит является чистое железо. При температурах ниже 911°С железо имеет решетку ОЦК. Вторым компонентом в метастабильной системе является цементит.

 Цементит – это метастабильное соединение железа с углеродом, имеющее ромбическую решетку, практически постоянного состава, соответствующее формуле Fe3C. Цементит хрупок и очень тверд (НV около 800).

Феррит (α) – это твердый раствор внедрения углерода в α-Fe с решеткой ОЦК и расположением атомов углерода в сравнительно небольших октаэдрическихпустотах. При температуре 727 °С в феррите растворяется 0,02 %С; при понижении температуры растворимость уменьшается, достигая величины 0,006 % С при комнатной температуре.

Аустенит (γ-фаза) – это твердый раствор внедрения углерода в γ-Fe с решеткой ГЦК. Атомы углерода располагаются в крупныхоктаэдрических пустотах решетки

.Перлит – это эвтектоидная физико-химическая смесь двух фаз феррита и цементита. Перлит образуется при переохлаждении аустенита ниже линии PSK диаграммы Fe–Fe3C. Строение перлита определяется величиной переохлаждения, при котором происходит распад. При малом переохлаждении (на 20–30 °С ниже линии эвтектоидного превращения) образуется зернистый перлит. При большем переохлаждении образуется структура пластинчатого перлита, состоящего из регулярно чередующихся пластин цементита и феррита, причем пластины феррита примерно в 7 раз толще пластин цементита.Перлит является основной структурной составляющей углеродистых сталей в отожженном состоянии.

При кристаллизации технического железа образуется δ-феррит. Далее при переохлаждении ниже линии NH за счет полиморфных превращений идет образование γ-аустенита, а затем (ниже линии GS) α-феррита. При охлаждении ниже линии PQ растворимость углерода в феррите уменьшается и из феррита выделяется третичный цементит Fe3CIII в виде тонких светлых прожилок по границам зерен феррита (рис. 1.2). Структура технического железа при комнатной температуре представлена зернами феррита, по границам которых располагается третичный цементит (образец 11). Выделения цементита по границам очень вредны, т.к. придают материалу хрупкость.

 

 

Микроструктура технического железа:

увеличение: а – ×250; б – ×1000Структура: феррит и третичный  цементит.

Если в сталях содержание углерода находится в пределах 0,02 < C < 0,8%, то их называют доэвтектоидными.

Все стали так же, как и техническое  железо, кристаллизуются по типу твердых  растворов. В зависимости от содержания углерода при первичной кристаллизации в сплавах образуется δ-феррит (до 0,51 % С) или аусте-нит (от 0,51 до 2,14 % С). В доэвтектоидных сталях с содержанием углерода от 0,1 % до 0,51 % идет перитектическое превращение (1496 °С), завершающееся образованием аустенита (0,16 % С), аустенита с избыточным δ-ферритом (0,1 < C < 0,16 %), аустенита и избыточной жидкостью (0,16 < C <0,51 %). После завершения всех этапов кристаллизации ниже линии солидус в техническом железе и сталях формируется однофазнаяаустенитнаяструктура. Уменьшение температуры ниже критических точек вызывает развитие превращений в твердом состоянии. Фазовая перекристаллизация аустенита идет в две стадии: полиморфное превращение γ → α (ниже линии GS) и эвтектоидное превращение с образованием эвтектоида (перлита) γS → αP+ Fe3C (на линии PSK). Перлит (αP+ Fe3C)э имеет пластинчатое строение.В зависимости от содержания углерода в стали формирование ее структуры при охлаждении происходит по следующим цепочкам превращений.

 

 Микроструктура доэвтектоидной стали при содержании углерода, %:

а – 0,15; б – 0,5; в – 0,65 ×250Структура: феррит и перлит.

 

Микроструктура эвтектоидной стали × 500:

а – пластинчатый перлит; б – зернистый перлит. Структура: пластинчатый и зернистый перлит.

 

 

 

Микроструктура доэвтектоидной стали в литом состоянии (видманштеттова структура) ×250Структура:перлит и феррит (видманштеттова структура). 

 

 

Микроструктура заэв-

тектоидной стали. Отожженное

состояние ×250. Структура: перлит и

вторичный цементит в виде сетки  по границам зерен перлита.

 

 

 

 

Микроструктура доэвтектоидной стали в горячекатаном состоянии (строчечная структура) ×250 Структура: феррит и перлит в виде вытянутых полос (строчечная структура). 

 

 

 

 

 

Вывод: Доэвтектоидная сталь в горячекатаном состоянии имеет строчечную структуру в виде вытянутых полос перлита и феррита. Такая структура (образец 28) образуется в том случае, когда горячую пластическую деформацию доэвтектоидной стали заканчивают ниже линии GS диаграммы Fe–Fe3C, что соответствует температуре двухфазной аустенитно-ферритной области (преимущественно 730–800 °С). В такой стали зерна феррита и колонии перлита вытянуты вдоль направления прокатки. Это вызывает анизотропию свойств. Видманштеттова структура (феррит) имеет грубое, крупнозернистое строение, она определяет низкую пластичность и невысокую твердость сталей, поэтому образование такой структуры нежелательно. Видманшеттова структура может наблюдаться в перегретых поковках, перегретой околошовной зоне сварных швов, в литой стали и после перегрева при термообработке с ускоренным охлаждением. В литой доэвтектоидной стали видманштеттова структура представлена ориентированными зернами феррита и перлита