Влияние углерода на структуру и свойства стали

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Вершина А.К., Свидунович Н. А., Куис Д. В.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Раздел «Термическая обработка»

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ по одноименному курсу

Для студентов технологических и химических специальностей

Минск 2008

УДК 620.22(076.5)

ББК 30.3я73

В 38

Рассмотрены и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета

Рецензенты:

заведующий кафедрой технологии металлов БГАТУ доктор технических наук, профессор В.М. Капцевич;

профессор кафедры «Материаловедение в машиностроении» БНТУ, доктор технических наук Ю.В. Соколов

Вершина, А.К.

В 38 Материаловедение, раздел «Термическая обработка»: лабораторный практикум по одноименному курсу для студентов технологических и химических специальностей / А.К. Вершина, Н. А. Свидунович, Д. В. Куис. – Минск: БГТУ, 2008. – 75 с.

ISBN 978-985-434-

В лабораторном практикуме представлены основы теории термической обработки сталей, рассмотрены основные закономерности выбора режимов закалки и отпуска, влияние этих режимов, составов сталей и других показателей на структуру и свойства этих материалов.

УДК 620.22(076.5)

ББК 30.3я73

ISBN 978-985-434- © Вершина А.К., Свидунович Н. А.,

Куис Д. В., 2008

Введение

Задачей курса «Материаловедение» является изучение строения и свойств материалов, используемых в машиностроении, с целью получения навыков их правильного применения при создании надежных в работе и экономичных конструкций.

Термическая обработка ‑ наиболее универсальный и радикальный путь повышения прочности, долговечности и других полезных качеств металлов. Повышение прочности позволяет существенно сократить удельный вес конструкций, повысить их надежность и долговечность. В связи с этим в лабораторном практикуме представлены работы по основным процессам термообработки, чтобы студент приобрел навыки самостоятельного выбора и разработки наиболее эффективного технологического процесса термической обработки для различных деталей и инструментов с использованием новейших достижений в этой области.

Лабораторные работы имеют единую структуру: в начале сформулирована цель работы, затем дана теория в достаточном для подготовки студентов к занятиям объеме, в конце перечислены задания к выполнению и оформлению работы, приведены контрольные вопросы. В зависимости от объема курса и специальности студентов методика проведения занятий может быть изменена, сами же работы ‑ сокращены или расширены.

Лабораторная работа № 1

ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛИ

В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ

Цель работы: изучение микроструктуры и свойств углеродистых сталей в отожженном (равновесном) состоянии; их классификация по структуре и применению.

Приборы и материалы: коллекция протравленных раствором HNO₃ в спирте микрошлифов отожженных углеродистых сталей и металлографический микроcкоп МИ-1.

I. Теоретическая часть

Равновесным называется состояние, в которое, в конце концов, приходит термодинамическая система, находящаяся при неизменных внешних условиях (температуре и давлении), и при котором нет тенденции к какому-либо изменению.

Для изучения строения, превращений и свойств сплавов в металловедении существуют понятия: фазы, структуры и системы.

Системой называют совокупность фаз, находящихся в состоянии равновесия.

Фаза - однородная часть системы, имеющая определенный состав, свойства, одно и тоже агрегатное состояние и отделенная от остальных ее частей поверхностью раздела. К фазам относятся:

- однородный жидкий металл или сплав - однофазная система;

- состояние, когда одновременно присутствуют жидкий сплав (металл) и кристаллы, представляет двухфазную систему;

- если в твердом состоянии сплав содержит зерна металлической матрицы и частицы карбидов, то он также двухфазный.

Под структурой понимают форму, размеры и характер взаимного расположения соответствующих фаз; структурная составляющая - элемент структуры (обособленная часть сплава) с одинаковым строением (из одной или более фаз) и присущими ему характерными особенностями.

Равновесное состояние сплава - такое, когда все фазовые превращения в нем полностью закончились в соответствии с диаграммой состояния, показывающей, какие при данных условиях существуют равновесные фазы (т.е. с минимумом свободной энергии), что достигается только медленным охлаждением. Следовательно, основой для определения фазовых и структурных составляющих железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов) в равновесном состоянии является диаграмма железо-углерод (рис.1).

Основоположник диаграмма железо-углерод - русский ученый, "отец металлографии железа" Д.К.Чернов - впервые в 1868 г. установил в стали критические точки и их зависимость от содержания углерода, т.е. было дано первое представление о диаграмме железо-углерод, а позже изображены графически очертания важнейших линий.