Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение (методы анализа, лабораторные работы и задачи)

Подождите немного. Документ загружается.

1. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

136.

Провести

холодную

деформацию

двух

цилиндрических

образцов однофазной латуни осадкой первого образца

на 10% и

второго

на 30%

первоначальной высоты. Измерить твердость, зари-

совать

дать характеристику микроструктуры

до

деформации

после

нее.

Построить диаграмму, показывающую изменение твердости

ла-

туни

зависимости

от

степени деформации,

объяснить причины,

вызывающие изменение твердости, указав,

каком направлении

из-

меняется

при

этом пластичность.

№

137.

Провести

холодную

деформацию

двух

цилиндрических

образцов меди осадкой первого образца

на 10% и

второго

на 30%

первоначальной высоты. Измерить твердость

до

деформации

после

деформации,

зарисовать

характеризовать микроструктуру.

Построить диаграмму изменение твердости меди

—

степень дефор-

мации

объяснить причины, вызывающие изменение твердости,

ука-

зав,

кроме того,

каком направлении изменяются прочность

отно-

сительное удлинение.

№

138.

Образцы холоднодеформированной меди (обжатие

не

менее

50%)

нагреть

на 200, 250, 300, 350 и 500° С с

выдержкой

при

нагреве

течение

60 мин.

Измерить

твердость, зарисовать

характеризовать микрострук-

туру

после деформации

после нагрева

до 200 и до 500° G.

Построить диаграмму, показывающую изменение твердости меди

зависимости

от

температуры нагрева,

указать примерную темпе-

ратуру

начала рекристаллизации, найденную

на

основании получен-

ных результатов

расчетным путем

по

формуле

А. А.

Бочвара.

Примечание.

Для

выполнения работы рекомендуются образцы, деформи-

рованные осадкой

на 30%

первоначальной высоты.

№

139.

Провести микроанализ

измерить твердость образцов

меди:

а)

деформированных осадкой

на 30%

первоначальной высоты;

б) деформированных указанным образом,

затем нагретых

до 200,

300,

500° С с

выдержкой

течение

мин.

Зарисовать

характеризовать микроструктуру. По данным микро-

анализа указать примерную температуру начала рекристаллизации

сравнить

ее с

температурой, определенной

по

формуле

А. А. Боч-

вара.

№

140.

Провести микроанализ

измерить твердость образцов

латуни:

1) не

подвергавшихся холодной деформации;

прошедших

деформацию

осадкой

на 10%

высоты;

прошедших деформацию

с осадкой

на 35%

высоты;

после осадки

на 10%

высоты

рекри-

сталлизации

при 600° С

(выдержка

мин);

после осадки

на 35%

высоты

рекристаллизации

при 600° С

(выдержка

60 мин).

Зарисовать микроструктуру

объяснить влияние деформации

последующего нагрева

на

размеры, форму зерна

свойства латуни.

Объяснить, почему латунь, деформированная осадкой

на 10%

высоты,

получила после рекристаллизации более крупное зерно,

чем

латунь,

деформированная

на 35%

высоты.

251

№

141.

Измерить твердость

двух

холоднодеформированных образ-

цов

низкоуглеродистой стали, получивших деформацию осадкой

первого образца

на 10% и

второго

на 30%.

Кроме того, измерить

твердость недеформированного образца этой

же

стали.

Зарисовать

охарактеризовать микроструктуру

до

деформации

после деформации.

Построить диаграмму, показывающую изменение твердости

в за-

висимости

от

степени деформации,

объяснить причины, вызываю-

щие

изменение твердости; указать также,

каком направлении

из-

меняются

другие

механические свойства.

№

142.

Образцы холоднодеформированного технического железа

(после осадки

на 30%)

нагреть

до 200, 400, 600 и 800° С с

выдержкой

течение

60 мин и

измерить твердость

до и

после нагрева.

Зарисовать

охарактеризовать микроструктуру

до

деформации

после нагрева.

Построить диаграмму, показывающую изменение твердости

хо-

лоднодеформированной стали

зависимости

от

температуры нагрева,

указать примерную температуру начала рекристаллизации

на

основании

полученных результатов

расчетным путем

по

формуле

А.

Бочвара.

Л?

143.

Провести микроанализ

измерить твердость образцов

низкоуглеродистой стали, деформированных

на 30%

высоты,

затем

нагретых

до 100, 600, 800° С.

Просмотреть микроструктуру

до

холодной деформации

после деформации.

Указать примерную температуру начала рекристаллизации

низко-

углеродистой стали, определенную:

1) по

данным микроанализа

измерения

твердости;

расчетным путем

по

формуле

А. А.

Бочвара.

Л*

144.

Образцы латуни после холодной деформации были

на-

греты

до 500° С с

выдержкой

при

нагреве соответственно

10, 30 и

мин.

Провести микроанализ образцов

измерить твердость

(до и

после нагрева). Зарисовать

дать характеристику микроструктуре.

По

данным микроанализа

измерения твердости объяснить, почему

для более полного прохождения процесса рекристаллизации необ-

ходима выдержка

при

нагреве.

Примечание.

Рекомендуется применять образцы после осадки

на 30%.

2. ЗАДАЧИ

№

145. На рис. 172

приведена (схематически) диаграмма растя-

жения

образца стали.

Указать, какие изменения происходят

микроструктуре стали

при

растяжении образца соответственно

до

точек

1, 2, 3.

№

146. При

растяжении образца, вырезанного

из

монокристалла

цинка,

относительное удлинение

одном

из

направлений

при

разру-

шении

может быть значительно больше удлинения образцов

из

обыч-

ного поликристаллического цинка.

Объяснить,

чем

вызвано

это

различие.

252

М 147. Детали, изготовляемые из прутков меди диаметром 20 мм,

должны иметь предел прочности не ниже 30 кгс/мм

. Между тем на

заводе имеются прутки меди большего диаметра с пределом проч-

ности

22—25

кгс/мм

Указать, как можно повысить предел прочности меди.

№

148. Детали из низкоуглеродистой стали, изготовленные

штамповкой

в холодном состоянии, имели после штамповки неоди-

наковую твердость в различных

участках;

она колебалась от НВ 100

до НВ 200. Твердость стали до штамповки составляла НВ 100.

Объяснить, почему сталь получила неодинаковую твердость.

№

149. Объяснить, можно ли отличить по микроструктуре металл,

деформированный

в холодном состоянии, от металла, деформирован-

ного в горячем состоянии, и указать,

чем заключается различие в микростру-

ктуре. ^

№

150. Три образца низкоуглеродис- $

той стали подвергались холодной дефор- |

мации:

первый на 5%, второй на 15%, и |

третий на 30%, а затем нагревались до *

700°

С.

Указать, в каком образце в

результате

Относительное

удлинение

нагрева до

700°С

зерно

будет

более круп-

к v J

„

r J

Рис. 172. Схематическая диа-

НЫМ

И КаК ВЛИЯеТ рОСТ Зерна На СВОИСТВа грамма растяжения образца

СТаЛИ

низкоуглеродистой стали

№

151. Объяснить, почему при горя-

чей обработке давлением не рекомендуется проводить последнюю опе-

рацию с малой степенью обжатия и как может такая деформация

влиять на величину зерна и свойства металла.

№

152. Объяснить, можно ли создать значительное упрочнение

свинца,

если его подвергнуть деформации при комнатной темпера-

туре.

№

153. Указать, может ли деформация олова, проведенная при

20° С, вызывать его упрочнение.

№

154. Указать, как повлияет на значение твердости, определен-

ной,

например, шариком по Бринеллю, повторное измерение твер-

дости в участке, на котором его проводили ранее (т. е. в той же лунке

или

в непосредственной близости от нее).

№

155. Волочение проволоки проводят в несколько переходов.

Если

волочение выполняют без промежуточных операций, то про-

волока на последних переходах

дает

разрывы.

Объяснить причины разрывов и указать меры для предупрежде-

ния

этого.

№

156. Изогнутый в холодном состоянии пруток латуни подвер-

гают

рекристаллизации для снятия наклепа.

Указать,

будет

ли иметь пруток после рекристаллизации по сече-

нию

одинаковые по размеру зерна.

№

157. Объяснить, к какому виду деформации — холодной или

горячей надо отнести: а) прокатку олова при комнатной темпера-

туре;

б) деформацию стали при

400°

С.

253

№

158.

Объяснить, можно

ли

отличить

по

микроструктуре медь,

Деформированную

при

комнатной температуре,

от

меди, деформиро-

ванной

горячем состоянии

(при 600° С).

№

159.

Детали, штампованные

из

меди

холодном состоянии,

имели пониженную пластичность.

Указать, можно

ли

повысить относительное удлинение такой меди,

рекомендовать режим обработки

объяснить,

как

изменяются

при

этом механические свойства (прочность, твердость, пластичность).

Л° 160.

Одни прутки латуни после холодной деформации нагре-

вали

до 200° С,

другие

до 500° С с

выдержкой

течение

60 мин.

Указать, какое влияние

на

структуру

свойства оказал нагрев

до

200 и до 500° G.

№

161.

Рекомендовать режим обработки (температуру нагрева)

холоднодеформированной латуни, если необходимо сохранить

без

значительного снижения повышенную прочность, созданную холод-

ной

деформацией,

но

снять часть возникших

при

этом напряжений.

№

162. В

котельных установках часто наблюдается более значи-

тельная коррозия

участках металла, прилегающих

заклепкам.

Объяснить причины, вызывающие

это

явление.

Л*

163. При

исследовании структуры стального кованого вала

(диаметром

100 мм)

обнаружено,

что в

поверхностных слоях струк-

тура

была мелкозернистой,

а в

сердцевине

—

крупнозернистой.

Указать возможные причины этого явления.

ЧАСТЬ

Ч ЕТВЕРТАЯ

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

ЗАДАЧИ

ПО

СТАЛЯМ

ЧУГУНАМ

ГЛАВА

XII

СТРУКТУРА

СТАЛИ

ЧУГУНА

В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ

Для выполнения лабораторных работ (задачи

№

164—174)

сле-

дует

предварительно просмотреть микрошлифы типичных структур

углеродистых сталей

равновесном состоянии,

также микрошлифы

типичных структур чугунов.

СТРУКТУРА

СТАЛИ

Структура стали

равновесном состоянии определяется содержа-

нием

углерода,

как это

показывает диаграмма состояния сплавов

железо—углерод (рис.

173).

увеличением содержания углерода

стали структура изменяется

следующим образом.

Структура стали

минимальным содержанием углерода (техни-

чески

чистое железо) представляет феррит (рис.

174,

а). Феррит имеет

зернистое (полиэдрическое) строение.

структуре литой

или

пере-

гретой стали наблюдаются пластинчатые выделения феррита

(рис.

175).

Незначительное увеличение содержания углерода, даже

до

сотых

долей процента, вследствие

его

незначительной растворимости

в а-

железе

(до

0,006%

при

20°

С) вызывает образование второй фазы

—

цементита. При содержании углерода примерно

до

0,025%

он

при-

сутствует

структуре

виде относительно небольших количеств тре-

тичного цементита, выделяющегося из феррита при охлаждении вслед-

ствие уменьшения растворимости углерода

а-железе. Третичный

цементит располагается главным образом по границам зерен феррита,

что понижает пластичность

вязкость стали.

Увеличение содержания углерода сверх

0,025%

вызывает обра-

зование перлита

—

двухфазной структуры (эвтектоида), представляю-

щей

механическую смесь (феррит

перлит)

суммарным содержа-

нием

углерода 0,8%. При этом

стали

содержанием углерода

до

0,1—0,15%

еще

сохраняются включения третичного цементита

(рис.

174, а).

Количество перлита возрастает пропорционально увеличению

содержания углерода (рис.

174, б, в) и

соответственно уменьшается

количество избыточного феррита.

255

Перлит

как

двухфазная

структура

при

воздействии реактива

(например,

раствора азотной кислоты)

на

микрошлиф травится интен-

сивнее,

чем

феррит. Поэтому

при

рассмотрении

под

микроскопом

перлит имеет

вид

темных включений неоднородного строения. Вслед-

J60O

7539

0,10

750

аустенит

(f)

Жидкий

сплав

у^П

Ледебурит*

/si

аустенит

•>

С (вторичный)

723°

Ледебурит

перлит *

(вторичный)

теплив

(первичный)

Ледебурит

(первичный)

/г

Ледебурит

(первичный)

210°

Магнитное

превращение

Q 0,006 0,3 1 2 3 U 4,3 5 6

Содержание

углерода,

Рис.

173.

Диаграмма

состояния

железо—углерод

(структурная

диаграмма)

6,7

ствие значительной дисперсности строение перлита можно отчетливо

различать только

при

сравнительно больших увеличениях

—

более

чем

в 500 раз (рис. 176).

Строение перлита отчетливо различается

электронном микроскопе.

В доэвтектоидной стали перлит

большинстве случаев имеет

пластинчатое строение; темные пластинки, видимые

перлите, пред-

256

•

Рис. 174,

Структура

стали

равновесном

состоянии

в зависимости от содержания

углерода:

а — 0,05-0,1% С; б - 0,2-0,3% С; в - 0,4-0,5% С; г -

0,65—0,7%

С,

Х500

Рис. ITS. Структура перегретой доэвтектоидно/i стали

(видманштеттова структура) X 250

ставляют тени, отбрасываемые на участки феррита выступающими

после травления участками (пластинками) цементита. В заэвтекто-

идной

стали перлит чаще всего имеет зернистое строение (см. рис. 176).

Форма

выделения перлита в доэвтектоидных и заэвтектоидных

сталях определяется условиями выполнения отжига.

В заэвтектоидной стали основной структурной составляющей

является перлит. Наряду с перлитом присутствует вторичный цемен-

Рис. 176. Эвтектоидная сталь (0,8% С).

Х600:

а — пластинчатый перлит; б — зернистый перлит

тит, выделяющийся из аустенита при охлаждении вследствие умень-

шения

растворимости

углерода

в ужелезе, как это указано линией ES

диаграммы (см. рис. 173). При правильном выполнении предшество-

вавшей обработки (прокатки, ковки, отжига) вторичный цементит

присутствует в виде мелких зерен, сравнительно равномерно распре-

деленных в основной массе перлита (см. рис. 15).

Возможно также выделение вторичного цементита в виде сетки

по

границам зерен перлита (см. рис. 15). Оно происходит в

результате

окончания

горячей обработки при излишне высокой температуре

или

выполнения отжига с нагревом выше точки Аст (вместо нагрева

на

50—-70°

С выше Л

) и является значительным дефектом заэвтек-

тоидной стали, ухудшающим ее прочность и вязкость.

Еще одной, но более редко встречающейся формой выделения це-

ментита, также сильно

ухудшающей

механические свойства, является

образование его в виде игл (см. рис. 15). Оно может быть следствием

значительного перегрева.

258

По

микроструктуре доэвтектоидной углеродистой стали в равно-

весном (отожженном) состоянии можно определить содержание

углерода

следующим образом. Структура такой стали феррит и пер-

лит. Содержание

углерода

в феррите из-за незначительности этой ве-

личины

(0,006%)

не учитывают и считают, что весь

углерод

находится

перлите. Известно, что перлит содержит 0,80% С; поэтому, если

известно количество перлита в общей массе металла, то, поскольку

плотности феррита и перлита близки, можно определить содержание

углерода

в стали умножением относительной площади (в процентах),

занимаемой

перлитом на просматриваемом поле шлифа, на 0,8.

Этот расчет выводится также из правила отрезков (рис. 177). Отношение коли-

чества перлита (?

пе

рл

общему количеству (?общ, сплава состава X равно

откуда

Qx-

Фперл

Qo6m

910

^900

| 800

700

40,025

768°^

1—

—I

ш_

'0,006 0,25

0,5

0,750,8

1,0

Содертание

С,%

Рис. 177. Определение содержания уг-

лерода в отожженной доэвтектоидной

стали по правилу отрезков

где Q

— величина постоянная и известная

из

диаграммы железо —

углерод;

равная

0,80% (точнее

0,80—0,006%).

Отношение

Фперл/Фобщ определяется пла-

ниметром или зрительно при просмотре ми-

крошлифа.

Отсюда содержание

углерода

опреде-

ляется умножением <?перл/<?общ (

процентах)

на

0,80%.

Правилом

отрезков для заэвтектоидной стали пользуются реже

ввиду трудности определения площади, занимаемой вторичным це-

ментитом (см. рис. 29), и возможности допущения значительной по-

грешности.

Определение содержания

углерода

по микроструктуре в углеро-

дистой стали, находящейся в неравновесном состоянии (в частности,

после закалки и отпуска), невозможно, так как ее

структура

не

характеризуется диаграммой железо—углерод.

Правило

неприменимо также для легированной стали, поскольку

ее фазовый состав и

структура

не определяются двойной диаграммой

железо—углерод.

СТРУКТУРА

ЧУГУНА

Химический состав и, в частности, содержание

углерода

не харак-

теризуют надежно свойств

чугуна:

его

структура

и основные свойства

зависят не только от химическоего состава, но и от процесса выплавки,

условий охлаждения отливки и режима термической обработки!

Свойства

чугуна

определяются его структурой.

Белый

чугун.

структуре

доэвтектического

чугуна

наряду с пер-

литом и вторичным цементитом присутствует хрупкая эвтектика (леде-

бурит), количество которой достигает 100% в эвтектическом

чугуне.

Структура заэвтектического

чугуна

состоит из эвтектики и первич-

259

ного цементита, выделяющегося при кристаллизации из жидкости

виде крупных пластин.

Серый

чугун.

Зависимость свойств серого

чугуна

от структуры

значительно сложнее, чем в стали, так как серые

чугуны

состоят из

металлической основы и включений графита, вкрапленных в эту

основу.

Для характеристики структуры серого

чугуна

необходимо опре-

делять размеры, форму, распределение графита, а также

структуру

металлической основы.

Графитные включения лучше определять на нетравленых шли-

фах. Хрупкие графитные включения в металлической основе (в по-

Ш:: :- Ч -••'

Рис. 178. Серый

чугун

(нетравленый шлиф). Х100.

Оценка

графитовых включений по ГОСТ

3443—57:

а — разряд Г14 (18—15% графита), характер распределения графита Г2 (в колониях малой

степени изолированности); б — разряд Г05 (3—5% графита), характер распределения графита

Г4 (в колониях значительной степени изолированности)

верхностном слое) выкрашиваются при шлифовании и полировании

микрошлифа.

Поэтому участки, в которых они находились, кажутся

микроскопе темными. Они имеют характерную форму пластинок.

Можно

качественно оценить влияние графитных включений на

механические свойства серого

чугуна.

Чем меньше графитных вклю-

чений,

чем они мельче и больше степень изолированности их

друг

от

друга,

тем выше прочность

чугуна

при одной и той же металличе-

ской

основе

Оценку графитных включений

дают

по типовой шкале (рис. 178)

ГОСТ

3443—57.

Металлическую основу изучают после травления микрошлифа.

Она

состоит из феррита и перлита; их количественное соотношение

может быть различным. При одинаковом характере графитных вклю-

чений

чугун

с преобладающим количеством перлита (перлитовый

чугун)

обладает более высокими механическими свойствами, чем

чугун

с преобладающим количеством феррита (ферритовый чугун).