Микроструктура углеродистых сталей в равновесном состоянии Воробьев Р. А.
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева Цель работы: Øизучение микроструктуры углеродистых сталей в равновесном состоянии ; Øопределение марки стали по микроструктуре; Øознакомление с характерными дефектами микроструктуры сталей. План характеристики структуры: Øназвать структурные составляющие, оценить их соотношение; Øопределить марку стали (если не возможно, то группу стали: доэвтектоидная, заэвтектоидная, карбидного класса); Øуказать особенности структуры (величина зерна, иглы мартенсита, форма перлита, взаимное расположение структурных составляющих); Øвид обработки (ГОМД, отжиг, нормализация, закалка, отпуск и его вид); Øудовлетворительная или неудовлетворительная структура; Øналичие брака, его признаки, причины и возможности исправления. © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева Фазы в стали Феррит – твердый раствор углерода в -Fe; мягкий, пластичный (твердость ~80 НВ) 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 © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева , а) б) а) – феррит, х500; б) – игольчатое строение феррита, х200 © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева Аустенит – твердый раствор углерода в - Fe; мягкий, пластичный (твердость ~180 НВ); 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 © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева Цементит – химическое соединение (карбид железа Fe 3 C); твердый, хрупкий (твердость ~800 НВ). Cветлые (при травлении 4% HNO 3) выделения: Ø ЦI – грубые пластины (иглы) – только в чугунах; ØЦ 2 – тонкая прямолинейная сплошная (в стали У 12) или разорванная сетка, а также отдельные глобули (зерна) на границе с перлитом. ØЦ 3 – глобули на границе с зернами феррита. а) б) а) – цементит вторичный в заэвтектоидной стали, х1000; б) – цементит третичный, х1500 © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева а) б) а) – первичный цементит (массивные включения в заэвтектическом чугуне), х200 б) – вторичный цементит (сталь У 12), х200 © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева 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 160260 НВ. Перлит имеет две формы существования: Øпластинчатый; Øзернистый )на светлом фоне феррита светлые зернышки цементита). Вид под микроскопом пластинчатого перлита: Øгрубо- (или крупно) пластинчатый перлит – различимые пластины (могут быть изогнуты как «отпечатки пальцев» ); Øтонкопластинчатый 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). © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева <= Пластинчатый перлит, эвтектоид из тонких пластинок цементита, расположенных в ферритной основе, х200 <= Зернистый перлит, эвтектоид из мелких зернышек цементита, расположенных в ферритной основе, х2000 © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева ØФеррит избыточный – в доэвтектоидной стали; ØЦементит вторичный – в заэвтектоидной стали; ØЦементит третичный – структурно не выявляется (присоединяется к цементиту перлита). а) б) а) – феррит избыточный в доэвтектоидной стали; б) – сетка вторичного цементита в заэвтектоидной стали © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева Максимально возможное количество Ц 2 в стали (У 13) Очень тонкая замкнутая или разорванная сетка (толстой не бывает). Сетки не бывает (отдельные включения по границам зерен феррита). © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева Структура сталей ØДоэвтектоидные (С=0, 02 -0, 8%) – Ф+П (чем ближе к 0, 8%, тем больше в структуре П, а количество Ф избыточного уменьшается). ØЭвтектоидные – П (100%). ØЗаэвтектоидные – П+Ц 2. Структурный признак сталей – наличие перлита, структурный признак чугунов – наличие ледебурита, структурный признак технического железа – отсутствие перлита © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева 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+Ц 2): где SЦ – площадь, занятая Ц 2 в заэвтектоидной стали. © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева Микроструктура углеродистой стали в равновесном состоянии Техническое железо, х500 Сталь 10, Ф+П х200 Сталь 20, Ф+П х200 © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева Сталь 30, Ф+П х200 Сталь 40, Ф+П х200 Сталь 60, Ф+П х200 © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева Сталь У 8, П, х2000 Сталь У 10, Ц 2 +П, х200 Сталь У 12, Ц 2 +П, х200 © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева Дефекты микроструктуры стали Перегрев (крупное зерно) и Видмандштеттова структура сталь 60, х200 Видмандштеттова структура, х200 Ферритная строчечность, сталь 40, х200 © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева Карбидная полосчатость Обезуглероживание Пережог © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева Горяча трещина Неметаллические включения © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева 1. Видмандштеттова структура – игольчатое или ориентированно пластинчатое строение избыточной фазы (феррита – в доэвтектоидной, Ц 2 – 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. © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
ФАКУЛЬТЕТ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ФГБОУ ВПО НГТУ им. Р. Е. Алексеева 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 Ц 2; 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 Ц 2). • По соотношению структурных составляющих Ф и П (или П и Ц 2) можно определить марку стали. • Наиболее распространенными дефектами являются: 1) крупное зерно; ВС, пережог (связанные с перегревом) 2) строчечность (полосчатость) феррито-перлитная или карбидная (понижение температуры конца прокатки) 3) обезуглероживание 4) трещины горячие и холодные Их присутствие снижает комплекс механических свойств. © 2012 Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая обработка металлов»
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!
Скачать презентацию Микроструктура углеродистых сталей в равновесном состоянии Воробьев Р
Стали в равновесном состоянии.pptx