Прокаливаемость стали

Влияние скорости охлаждения на свойства стали.

Свойства сталей со структурой смеси из пластин феррита и цементита.

С повышением скорости охлаждения твёрдость и прочность стали увеличиваются, а пластичность уменьшается. Твёрдость и предел прочности перлита (~200НВ, ~650 МПа) меньше, чем сорбита (~300НВ, ~1000 МПа) и троостита (~400НВ, ~1300 МПа) (см. рис.11.2). Эта закономерность объясняется тем, что количество пластин цементита, которые являются препятствиями (барьерами) перемещению дислокаций, увеличивается с ростом скорости охлаждения.

Для заводской практики важно, что в результате очень медленного охлаждения, т.е. отжига, перлитная структура обеспечивает наименьшие значения твёрдости и предела прочности сталей и, следовательно, хорошую обрабатываемость резанием и пластическим деформированием стальных заготовок в процессе производства из них деталей и инструментов.

Свойства мартенсита. Твёрдость мартенсита зависит от концентрации в нём углерода: чем она выше, тем больше твёрдость мартенсита, т.е. твёрдость закалённой стали. Это связано с тем, что искажения кристаллической решётки мартенсита, вызванные внедрёнными в неё атомами углерода (см. рис.7.4), препятствуют перемещению дислокаций. Вместе с тем, повышение содержания углерода в мартенсите уменьшает его пластичность, т.е.сопротивление стали хрупкому разрушению. Поэтому после закалки изделий из низкоуглеродистых сталей (например, из стали 15) они имеют невысокую твёрдость, но сохраняют повышенную пластичность. В связи с важной особенностью свойств мартенсита необходимо дополнить его определение: мартенсит – это пересыщенный и поэтому неустойчивый твёрдый раствор углерода в Fe_a. Твёрдость мартенсита зависит от концентрации в нём углерода и она тем больше, чем выше концентрация.

Прокаливаемость – это важнейшее свойство конструкционных и инструментальных сталей. Прокаливаемость определяет толщину мартенситного слоя, который образуется в закалённом изделии. Очевидно, что чем больше прокаливаемость стали, тем выше прочность изделия.

Скорость охлаждения изделия в процессе закалки неодинакова по сечению: она уменьшается от поверхности к его центру. Очевидно, что толщина закалённого слоя будет определяться теми точками сечения, в которых скорость охлаждения не меньше критической скорости охлаждения стали: V_охл. ³ V_кр. Таким образом, чем меньше V_кр. стали, тем больше её прокаливаемость. Т.к.критическая скорость охлаждения углеродистых, т.е.

Рис. 11.5. Диаграммы изотермического превращения аустенита доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей

нелегированных сталей мала, то и их прокаливаемость небольшая. Изделия из углеродистых сталей прокаливаются по всему сечению, т.е. «насквозь», в диаметре не более10…12 мм.

Диаграммы изотермического превращения аустенита доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей представлены на рис.11.5.

Они отличаются от рассмотренной диаграммы стали У8. В верхней части этих диаграмм появляются дополнительные линии, указывающие на предварительное выделение из аустенита зёрен феррита в доэвтектоидных сталях и пластин цементита (вторичного) в заэвтектоидных.

Контрольные вопросы

1. Значение диаграммы для практики термической обработки стальных изделий.

2. Сравнить условия построения и применения диаграммы «Fe-C» и изотермического превращения переохлажденного аустенита.

3. Начертить диаграмму этой стали.

4. Объяснить причину по которой «С» – образная диаграмма, построенная в лабораторных условиях изотермических выдержек, широко используется в условиях термической обработки стальных изделий при их непрерывном охлаждении до цеховой температуры.

5. Привести стадии (этапы) изотермического превращения аустенита стали У8 при недостаточной степени переохлаждения, предварительно раскрыв содержание термина – степень переохлаждения. Диффузионные и бездиффузионные части превращения.

6. Влияние степени переохлаждения и скорости охлаждения на параметры процесса кристаллизации в соответствии с законом кристаллизации Таммана.

7. Влияние охлаждения с малой скоростью на превращения аустенита. Структура и свойства перлита. Отжиг стали.

8. Влияние ускоренного охлаждения на превращение аустенита. Структура и свойства сорбита. Нормализация стали.

9. Влияние охлаждения с повышенной скоростью на превращение аустенита. Структура и свойства троостита.

10. Объяснить почему твердость и предел прочности стали У8 увеличивается с увеличением скорости охлаждения.

11. Влияние охлаждения с большой скоростью на превращение аустенита. Структура и свойства мартенсита. Определение мартенсита.

12. Закалка стали. Цель закалки. Критическая скорость охлаждения.

13. Объяснить причины по которым мартенсит является неравновесной, т.е. неустойчивой фазой.

14. Прокаливаемость стали и её зависимость от критической скорости охлаждения. Объяснить причину небольшой прокаливаемости углеродистых сталей и необходимость резкого охлаждения (в воде) стальных изделий из этих сталей при закалке.

15. Вычертить диаграммы изотермического превращения аустенита для доэвтектоидных и заэвтектоидных углеродистых сталей.

Список рекомендуемой литературы

Основная литература:

1. Гуляев А.П. Металловедение / А.П. Гуляев. – М.: Металлургия, 1986.

2. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г.. Материаловедение / Ю.А. Геллер, А.Г. Рахштадт. – М.: ГК СССР по народному образованию, 1989.

Дополнительная литература:

1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П.. Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. – М.: Машиностроение, 1990.

2. Арзамасов Б.Н. и др. Материаловедение / Б.Н. Арзамасов и др. – М.: МВТУ им. Н.Э.Баумана, 2001.

3. Адаскин А.М. и др. Материаловедение / А.М. Адаскин и др. – М.: Высшая школа, 2005.

4. Диаграммы состояния двойных сплавов и их применение для выбора способов упрочнения сплавов – 2-е изд. / Сост. Л.С. Кремнев. – М.: МГТУ «Станкин», 2004.

5. Климов В.Н. Выбор сплава и способа упрочнения для деталей машин и станков. – 2-е изд. / В.Н. Климов. – М.: МГТУ «Станкин», 2004.

6. Аристов А.П. и др. Конструкционные и инструментальные материалы, применяемые в машиностроении (состав, свойства, назначение): Учебно-справочное пособие / А.П. Аристов и др. – М.: «Янус-К», 2002.

Составители:

проф., д.т.н. Кремнев Л.С. – («Определение твердости металлов и сплавов», «Выбор и обоснование режимов отжига заготовок и закалки стальных изделий»);

доц., к.т.н. Адаскин А.М. – («Типовые структуры сталей и чугунов», «Термическая обработка инструментов из быстрорежущих сталей»);

проф., к.т.н. Седов Ю.Е. – («Диаграмма состояния сплавов «Железо–углерод», «Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита»);

доц., к.т.н. Климов В.Н. – («Микроанализ металлов и сплавов», «Термический анализ металлов и сплавов»);

к.т.н. Онегина А.К. – («Влияние отжига, закалки и отпуска на структуру и свойства стали»);

к.т.н. Сапронов И.Ю. – («Макроанализ металлов и сплавов», «Твердость и ударная вязкость стали в зависимости от температуры отпуска»).

Под общей редакцией проф. Л.С. Кремнева.

[1] Концентрацией углерода в феррите (0,006%) можно пренебречь, т.к. она существенно меньше, чем в перлите.

Дата добавления: 2014-11-25