Методические указания и порядок выполнения работы

1. Исследовать под микроскопом микроструктуры шлифов сварных соединений и сравнить с описанием фотографий шлифов, представленных в альбоме.

2. Привести микроструктуру шва и зоны термического влияния в отчете с указанием названия микроструктуры и свойств, зарисовать каждую структуру.

3. Привести схему изменения структур околошовной зоны и указать температурные границы участков околошовной зоны

4. Для защиты по заданию преподавателя найти указанный участок, объяснить образование структуры и способы улучшения его свойств.

Контрольные вопросы

1.

2. Назовите причину пониженных механических свойств участка перегрева.

3. Почему участок нормализации называют участком полной перекристаллизации?

4. Какой из участков определяет прочность сварного соединения?

Лабораторная работа 5

Изучение микроструктуры и свойств легированных сталей

Цель работы: изучение микроструктуры легированных сталей – конструкционных, инструментальных и сталей с особыми физическими свойствами; влияния легирующих элементов на формирование структуры стали и на процессы, проходящие при термообработке.

Основные понятия

Легированной сталью называется такая сталь, в состав которой, кроме железа и углерода, входят специальные легирующие элементы, изменяющие ее свойства (прочностные, физические, химические или технологические).

К легирующим элементам относятся никель, вольфрам, хром, ниобий, титан, кобальт, цирконий, медь, бор, азот и другие. Легирующими также могут быть элементы, которые присутствуют в углеродистой стали в виде постоянных (или случайных) примесей. Например, марганец и кремний, применяемые для раскисления, остаются в стали в небольшом количестве (< 1%). Они считаются постоянными примесями. Если кремний и марганец специально введены в сталь в повышенном количестве, то они являются легирующими элементами, а стали называются легированные (марганцовистой при содержании Mn ≥ 0, 8÷ 1%, кремнистой при содержании Si ≥ 0, 5%). В некоторых случаях сталь легируется фосфором, серой, селеном, теллуром для улучшения технологических свойств.

Легирующие элементы изменяют свойства фаз (феррита, аустенита, мартенсита, карбидов), из которых состоит структура стали. Легирующие элементы, не образующие карбиды (никель, кремний, кобальт, медь), полностью растворяются в феррите или аустените и изменяют их свойства.

Атомы карбидообразующих элементов растворяются в карбиде железа или образуют содержания с углеродом (специальные карбиды), частично растворяясь в феррите. При нагреве выше критических точек эти легирующие элементы растворяются в аустените. Устойчивые карбиды титана, циркония, ванадия сохраняются в структуре до высоких температур. Следовательно, карбидообразующие элементы изменяют свойства феррита, карбидов, аустенита.

а. б. в.

Рис. 5.1. Диаграмма состояния железо-легирующий элемент:

а – с открытой γ -областью;

б – с замкнутой γ -областью;

в – влияние легирующих элементов на протяженность замкнутой γ -области

Элементы, замыкающие γ -область (хром, молибден, вольфрам, ванадий, кремний, титан и другие) повышают температуру А₃ и снижают А₄ (рис. 5.1, б), называются α -стабилизаторами. α -стабилизаторы могут уменьшать критическую скорость охлаждения и увеличивать прокаливаемость, но только при нагреве сплавов до температуры, при которой карбиды растворяются в аустените. Одновременное легирование несколькими элементами еще сильнее увеличивает прокаливаемость.

Растворяясь в аустените легирующие элементы замедляют изотермическое превращения аустенита. В процессе закалки стали происходит превращение аустенита в мартенсит, легирующие элементы несколько повышают пластичность мартенсита.