Порядок выполнения работы. Подгруппа делится на две бригады

Подгруппа делится на две бригады. Каждая бригада получает по одному образцу из стали 40 и 40Х соответственно. Химический сос­тав стали подобран так, что они отличаются только концентрацией хрома. Это обстоятельство позволяет при одинаковых скоростях охлаж­дения при закалке исследовать влияние хрома на прокаливаемость стали. Образцы устанавливают в печь вертикально так, чтобы охлаждаемый конец опирался на графитовую пластину для предохранения от окисления и обезуглероживания. После прогрева и выдержки в течение 30 мин, образец быстро переносится из печи в приспособление для торцевой закалки (рис. 37).

Прежде чем приступить к закалке образцов, необходимо подгото­вить установку для торцевой закалки. С помощью вентиля 2 отрегули­ровать высоту подъёма водяной струи от среза сопла (65 мм). Рас­стояние от торца образца до среза сопла не должно превышать 12,5 мм. Через 12 – 15 минут с момента запуска электронасоса образец охладится до требуемой температуры (порядка 50–60 °С).

На наждачном круге с двух противоположных сторон по образующей образца необходимо подготовить площадки для замера твёрдости. Из­мерение твёрдости начинают на расстоянии 30 мм от торца и произво­дят по направлению к этому торцу: первые пять измерений через каж­дые 3 мм, остальные через 1,5 мм.

Результаты измерения твёрдости заносят в таблицу журнала. По данным таблицы строят кривые прокаливаемости обеих сталей (рис. 36). Зная твёрдость полумартенситной зоны сталей, по полученным кривым определяют глубину прокаливаемости для сталей 40, 40Х – их харак­теристическое расстояние с точностью до десятых долей миллиметра.

Сравнивая характеристические расстояния этих сталей, оценить влия­ние добавки одного процента хрома на прокаливаемость.

Рис. 37. Установка для торцевой закалки: 1 – образец;

2 – вентиль; 3 – электронасос; К – выключатель;

4 – резервуар; 5 – приспособление для установки образца

Содержание в форме отчёта

1. Название и номер работы.

2. Цель работы.

3. Определение понятий: прокаливаемость, закаливаемость, полумартенситная зона.

4. Эскиз образца.

5. График зависимости твёрдости полумартенситной зоны от содержания углерода в стали.

6. Кривые прокаливаемости для сталей 40 и 40Х.

7. Числовые значения прокаливаемости сталей 40 и 40Х, определённые экспериментально.

8. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Понятие «прокаливаемость стали». Факторы, влияющие на прокаливаемость.

2. С какой целью определяется прокаливаемость?

3. Сущность определения прокаливаемости методом торцевой закалки.

4. Критерии оценки прокаливаемости при определении её методом тор­цевой закалки.

5. С какой целью строятся кривые прокаливаемости?

6. Причины различной прокаливаемости углеродистых и легированных сталей.

7. Понятие "закаливаемость стали".

Лабораторная работа № 8

Изучение микроструктуры легированных сталей

Цель работы: изучение микроструктуры легированных сталей раз­ных классов в отожженном состоянии и после окончательной типовой термической обработки. Установление связи между химическим соста­вом стали, термической обработкой, структурными составляющими и свойствами. Ознакомление с классификацией легированных сталей по структуре.

Содержание работы

Микроструктура легированных сталей в отсиженном состоянии и после окончательной термообработки определяется взаимодействием леги­рующего элемента с железом и углеродом и количественным соотноше­нием легирующего элемента и углерода в стали.

Легирующие элементы оказывают различные влияния на устойчивость a и g – твёрдых растворов железа. Легирующие элементы, вве­дённые в сталь, перераспределяются между основными фазами стали – ферритом и цементитом. Они могут образовывать с углеродом соб­ственные карбиды. Легирующие элементы влияют на все превращения в стали, протекающие при нагреве и охлаждении, затрудняют процессы диффузии, изменяют кинетику и механизм превращений, смещают крити­ческие точки.

Поэтому в легированной стали можно увидеть при ком­натной температуре структурные составляющие, которые в углеродис­той стали существуют только при высоких температурах (например, аустенит) или имеются в белых чугунах и отсутствуют в углеродис­тых сталях (например, ледебурит в литой быстрорежущей стали).

В легированных сталях присутствуют следующие структурные сос­тавляющие:

1. Легированный феррит - твёрдый раствор углерода и легирующих элементов в a - железе. Под микроскопом легированный феррит внешне ничем не отличается от нелегированного феррита (феррита углеродистой стали), т. е. имеет вид светлых зёрен с ясно очерченны­ми границами. Легирующие элементы повышают твёрдость феррита.

2. Легированный цементит - твёрдый раствор легирующих элементов в карбиде железа. Он более твёрд и дисперсен. Внешне ничем не от­личается от карбида железа.

3. Специальные карбиды - соединения легирующих элементов с углеродом. Они внешне с трудом отличаются от цементита и для выявления их типа применяются специальные реактивы и методы травления. Обыч­но они более дисперсны, чем цементит. Некоторые имеют специфическую форму. Например, карбид титана (в нержавеющих сталях) имеет форму кубиков, карбид вольфрама (в литых быстрорежущих сталях) - скелетообразную форму.

4. Легированный аустенит – твёрдый раствор углерода и легирующих элементов в g - железе. Под микроскопом виден в виде светлых зёрен, часто с наличием линий сдвига или двойников.

5. Мартенсит (легированный) – пересыщенный твёрдый раствор углерода и легирующих элементов в a - железе.

Таким образом, в большинстве случаев легированную сталь нельзя металлографически отличить от углеродистой стали (особенно легиро­ванную сталь перлитного класса). Она выглядит под микроскопом как углеродистая сталь с таким же содержанием углерода. Легированную сталь можно металлографически отличить от углеродистой в тех слу­чаях, когда она либо содержит много спецкарбидов, либо они имеют специфическую форму, либо в её структуре виден аустенит при комнат­ной температуре.

По структуре, получаемой медленным охлаждением, легированные стали подразделяются:

– на доэвтектоидаые (кроме перлита имеют избыточный феррит);

– эвтектоидные (состоят из перлита);

– заэвтектоидные (кроме перлита имеют вторичные карбиды);

– ледебуритные (имеют первичные карбиды, образующиеся при кристаллизации эвтектики - ледебурита).

Важно знать, что большинство легирующих элементов сдвигают точки S и E на диаграмме железо - цементит (рис. 26) в сторону меньшего содержания углерода. Поэтому границы Раздела доэвтектоидных, заэвтектоидных сталей и белых чугунов лежат при меньших содержаниях углерода, чем у углеродистых сталей.

В связи со сдвигом координат точек S и E по содержанию углеро­да класс легированной стали можно установить только микроскопическим исследованием.

Легирующие элементы влияют на основные превращения в сталях при термической обработке. Атомы легирующих элементов, обладая низкой диффузионной подвиж­ностью, существенно влияют на кинетику превращений при термической обработке сталей.

Примером может служить поведение сталей при охлаждении на воздухе от аустенитного состояния до комнатной темпе­ратуры. Легирующие элементы увеличивают устойчивость переохлаждённого аустенита.

Рис. 38. Диаграммы изотерми­ческого превращения

сталей классов: а –перлитного; б – мартенситного; в – аустенитного

То есть область превращения А ®Ф + К сдвигается вправо по оси времени, а область превращения А ® М сдвигается вниз по температуре. Пересечение кривыми охлаждения тех или иных областей определяет получаемую структуру и класс стали (рис. 38, а,б,в).

Легирующие элементы, образуя трудно растворимые карбиды, способ­ствуют сохранению мелкого зерна аустенита при нагреве.

Большинство легирующих элементов уменьшают критическую скорость закалки, что позволяет получить структуру мартенсита закалкой не в воде, а в масле. Легирующие элементы повышают температуру превращения мартенсита в феррито-карбидные смеси и затрудняют коагуляцию карбидов при отпуске.

Дата добавления: 2014-11-25