Презентация "Микроструктура углеродистых сталей в равновесном состоянии" по химии – проект, доклад

Микроструктура углеродистых сталей в равновесном состоянии

Воробьев Р.А.

Цель работы: изучение микроструктуры углеродистых сталей в равновесном состоянии ; определение марки стали по микроструктуре; ознакомление с характерными дефектами микроструктуры сталей.

План характеристики структуры: назвать структурные составляющие, оценить их соотношение; определить марку стали (если не возможно, то группу стали: доэвтектоидная, заэвтектоидная, карбидного класса); указать особенности структуры (величина зерна, иглы мартенсита, форма перлита, взаимное расположение структурных составляющих); вид обработки (ГОМД, отжиг, нормализация, закалка, отпуск и его вид); удовлетворительная или неудовлетворительная структура; наличие брака, его признаки, причины и возможности исправления.

Фазы в стали

Феррит – твердый раствор углерода в -Fe; мягкий, пластичный (твердость ~80НВ) Существует в виде: зерен (малоуглеродистые стали); светлой сетки (разной толщины в зависимости от содержания углерода); пластин или игл.

а) б)

а) – С = 0.4 %, б) – С = 0.3 %; светлое поле – феррит, темное поле – перлит, х200

а) – феррит, х500; б) – игольчатое строение феррита, х200

Аустенит – твердый раствор углерода в  - Fe; мягкий, пластичный (твердость ~180НВ); высокотемпературная фаза – ниже 727 не существует. Светлые полиэдрические зерна с двойниками (при комнатной температуре в углеродистых сталях не существует).

Светлые зерна с характерными двойниками, х500

Цементит – химическое соединение (карбид железа Fe3C); твердый, хрупкий (твердость ~800НВ). Cветлые (при травлении 4% HNO3) выделения: ЦI – грубые пластины (иглы) – только в чугунах; Ц2 – тонкая прямолинейная сплошная (в стали У12) или разорванная сетка, а также отдельные глобули (зерна) на границе с перлитом. Ц3 – глобули на границе с зернами феррита.

а) – цементит вторичный в заэвтектоидной стали, х1000; б) – цементит третичный, х1500

а) – первичный цементит (массивные включения в заэвтектическом чугуне), х200 б) – вторичный цементит (сталь У12), х200

Структурные составляющие в стали

Перлит – эвтектоидная (одновременно кристаллизующаяся из аустенита) смесь феррита и цементита. Свойства: прочностные свойства – промежуточные (но не средние) между ферритом и цементитом; но ближе к ферриту, т.к. его в состав перлита входит больше, чем цементита (Ф~88%, Ц~12%). Достаточно пластичен. Твердость 160- 260 НВ. Перлит имеет две формы существования: пластинчатый; зернистый )на светлом фоне феррита светлые зернышки цементита). Вид под микроскопом пластинчатого перлита: грубо- (или крупно) пластинчатый перлит – различимые пластины (могут быть изогнуты как «отпечатки пальцев»); тонкопластинчатый перлит – при увеличении 500 пластины не различимы; перлит выглядит как темные участки (от серого до темно-коричневого цвета). Перлит – единственная темная составляющая в стали; остальные (Ф, Ц, А – светлые).

Феррит избыточный – в доэвтектоидной стали; Цементит вторичный – в заэвтектоидной стали; Цементит третичный – структурно не выявляется (присоединяется к цементиту перлита).

а) – феррит избыточный в доэвтектоидной стали; б) – сетка вторичного цементита в заэвтектоидной стали

Максимально возможное количество Ц2 в стали (У13)

Очень тонкая замкнутая или разорванная сетка (толстой не бывает).

Сетки не бывает (отдельные включения по границам зерен феррита).

Структура сталей Доэвтектоидные (С=0,02-0,8%) – Ф+П (чем ближе к 0,8%, тем больше в структуре П, а количество Ф избыточного уменьшается). Эвтектоидные – П (100%). Заэвтектоидные – П+Ц2.

Структурный признак сталей – наличие перлита, структурный признак чугунов – наличие ледебурита, структурный признак технического железа – отсутствие перлита

Определение марки стали по микроструктуре

По виду микроструктуры стали в равновесном состоянии можно ориентировочно оценить марку стали:

а) для доэвтектоидной стали (структура Ф+П): 0.8%С – 100%П Х%С – 50%П

где SП – площадь, занятая в доэвтектоидной стали перлитом (%С в феррите при комнатной температуре – 0.006, этим количеством пренебрегаем).

б) в заэвтектоидной стали (структура П+Ц2):

где SЦ – площадь, занятая Ц2 в заэвтектоидной стали.

Техническое железо, х500

Сталь 10, Ф+П х200 Сталь 20, Ф+П х200

Микроструктура углеродистой стали в равновесном состоянии

Сталь 30, Ф+П х200 Сталь 40, Ф+П х200 Сталь 60, Ф+П х200

Сталь У10, Ц2 +П, х200 Сталь У12, Ц2 +П, х200 Сталь У8, П, х2000

Дефекты микроструктуры стали

Перегрев (крупное зерно) и Видмандштеттова структура сталь 60, х200

Видмандштеттова структура, х200

Ферритная строчечность, сталь 40, х200

Карбидная полосчатость

Обезуглероживание

Пережог

Горяча трещина

Неметаллические включения

Видмандштеттова структура – игольчатое или ориентированно пластинчатое строение избыточной фазы (феррита – в доэвтектоидной, Ц2 – в заэвтектоидной стали). ВС характерна для литой стали. Причина (условия) образования: перегрев + ускоренное охлаждение (струя воздуха, сквозняк). Влияние – снижение всего комплекса механических свойств (иглы – концентраторы напряжений). Исправляется последующей нормализацией. 2. Строчечность (полосчатость). Причина – пониженная температура конца прокатки (в 2-ух фазную область) – нарушение режима прокатки. Влияние строчечности – анизотропия свойств. 3. Обезуглероживание: полное – до чистого феррита, частичное – обеднение до Ф+П. 4. Трещины: горячая – с обезуглероженными краями, холодная – без изменения структуры 5. Перегрев. 7. Пережог – темные окисленные границы зерен на не травленном шлифе. 6.Неметаллические включения.

Выводы Структурным признаком стали, отличающим ее от технического железа является наличие перлита (в техническом железе – отсутствие перлита). Структурные признаки: доэвтектоидной стали – наличие избыточного феррита; заэвтектоидной – наличие Ц2; эвтектоидной – отсутствие избыточных фаз (100%П). С увеличением содержания углерода в доэвтектоидной стали количество феррита избыточного уменьшается; структура стремится к 100%П. Чем ближе к точке S (с обеих сторон) – тем меньше избыточных фаз (Ф или Ц2). По соотношению структурных составляющих Ф и П (или П и Ц2) можно определить марку стали. Наиболее распространенными дефектами являются: крупное зерно; ВС, пережог (связанные с перегревом) строчечность (полосчатость) феррито-перлитная или карбидная (понижение температуры конца прокатки) обезуглероживание трещины горячие и холодные Их присутствие снижает комплекс механических свойств.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!