Основні відомості про гартування сталі

Устаткування, інструменти, матеріали

ЗАГартування сталі

Лабораторна робота №10

Запитання для самоперевірки

Порядок виконання роботи

1. Одержати комплект свіжозагартованих зразків із вуглецевої або легованої сталі заданої марки.

2. Виконати відпускання зразків 1-5 протягом 30 хв за температури відповідно 100, 200, 400, 600, 800°С.

3. Охолодити зразки на повітрі, зачистити наждачним папером та виміряти твердість за Роквеллом.

4. Результати вимірювань занести в табл. 9.1.

Таблиця 9.1 - Вплив температури відпускання на твердість сталі

Марка сталі	Температура відпускання, °С

5. За даними табл. 9.1 побудувати графіки залежності твердості загартованої сталі різних марок від температури відпускання.

6. Зробити висновки за виконаною роботою.

1. Чим характеризується стан свіжозагартованої сталі?

2. Сутність та призначення відпускання сталі.

3. Схарактеризуйте види і режими відпускання.

4. Особливості та призначення низького та середнього відпускань.

5. Шляхи поліпшення сталі та сфери її використання.

6. Схарактеризуйте чотири основних перетворення при відпусканні.

7. Вплив легуючих елементів на перетворення при відпусканні сталі.

8. Види відпускної крихкості та способи її видалення.

Література: [1, с. 183; 2, с. 105; 3, с. 284].

Мета роботи: вивчити залежність твердості загартованої сталі від вмісту в ній вуглецю; набути практичних навичок гартування різних сталей.

Муфельна електрична піч, інструменти для гартування сталі, твердомір Роквелла, гартувальне середовище (холодна вода), комплект зразків сталі з різним умістом вуглецю, наждачний папір.

Загартування — здатність сталі одержувати потрібну твердість після термообробки. Основним елементом більшості вуглецевих та низьколегованих сталей, що визначають її структуру і властивості, є вуглець. Теоретично гартуванню підлягають сталі з різною масовою часткою вуглецю. Але гартування сталей зі вмістом вуглецю, меншим ніж 0,25%, не забезпечує потрібного підвищення механічних властивостей, і в першу чергу — твердості.

Загартування вуглецевої сталі в холодній воді гарантує велику швидкість охолодження 500–600°С/с і призводить до утворення мартенситу — пересиченого твердого розчину проникнення вуглецю в ґратку α-заліза. Утворення мартенситу проходить бездифузійно. Коли нагрівати доевтектоїдну сталь до температури гартування, весь вуглець розчиняється в аустеніті. Якщо сталь із температури гартування охолоджувати зі швидкістю, більшою за критичну (див. рис. 5.3), розпад аустеніту на феритоцементитну суміш заглушується і при переході через температуру М_П аустеніт витримує мартенситне перетворення: відбувається бездифузійна перебудова гранецентричної кубічної ґратки в ґратку об’ємноцентричного Fe_α, а весь вуглець залишається на своїх місцях, розміщуючись між вузлами α-ґратки. Чим більше вуглецю в сталі, тим більше його залишається в мартенситі й тим більше викривлення (тетрагональність) α-ґратки, а отже, і вища твердість мартенситу. Ферит — твердий розчин проникнення вуглецю в α-залізі. Але в ньому вуглецю у зрівноважених умовах розчиняється зовсім мало (за кімнатної температури 0,006%). Уміст вуглецю в мартенситі сталей 45, У8 і У12 відповідно в 75, 133 і 200 разів більший, ніж у фериті.

Структура сталі після гартування залежить від умісту в ній вуглецю. Кристалічна ґратка мартенситу в сталі не кубічна, як у F_α, а тетрагональна. Зауважимо, що тетрагональність ґратки (відношення параметрів с/а) з підвищенням умісту вуглецю лінійно збільшується, зростає твердість мартенситу. Мартенситне перетворення виникає в обумовленому інтервалі температур: починається за температури М_П і закінчується за більш низької температури М_К (мартенситні точки). Температури точок М_П та М_К залежать від складу сталі. Вуглець дуже знижує положення мартенситних точок (рис. 10.1), тому мартенситне перетворення проходить не до кінця і в загартованих сталях, що мають точку М_К нижче ніж 20°С, присутній залишковий аустеніт. Це характерно для сталей із вмістом вуглецю більше ніж 0,4%. Але кількість залишкового аустеніту буде більшою при вищій масовій частці вуглецю в ньому і меншій температурі точок М_П і М_К (рис. 10.2). У сталі з 0,6–1,0% вуглецю масова частка залишкового аустеніту не перевищує 10%, а в сталі з 1,3–1,5% вуглецю досягає 30–50%. У деяких сталях, наприклад, із 31,3% вуглецю і 12% хрому масова частка залишкового аустеніту складає 80–100%. Характерна особливість мартенситу — високі твердість та міцність. Твердість мартенситу підвищується зі збільшенням умісту в ньому вуглецю (рис. 10.3). У сталі з 0,6–0,7% вуглецю твердість мартенситу складає НRC 65, що набагато більше за твердість фериту. Але зі збільшенням умісту вуглецю в мартенситі підвищується схильність його до крихкого руйнування. У зв'язку із цим для заевтектоїдної сталі не використовують повне гартування з нагріванням вище критичної точки Ас_т, а нагрівають перед гартуванням сталь на 30–50°С вище за температуру точки Ас₁. У цьому випадку частина вуглецю залишається в надлишковому цементиті, й ступінь викривлення ґратки α-заліза зменшується. При цьому твердість загартованої сталі залишається високою за рахунок зниження вмісту м'якого залишкового аустеніту і вмісту занадто твердого цементиту.

Рисунок 10.1 - Залежність мартенситних точок від процентного вмісту вуглецю в сталі

Рисунок 10.2 - Залежність масової частки залишкового аустеніту від процентного вмісту вуглецю

Рисунок 10.3 - Залежність твердості загартованої сталі від процентного вмісту вуглецю: 1 - нагрівання вище Ас_т; 2 - нагрівання між Ас₁ і Ас₃; 3 - мікротвердість мартенситу

Дата добавления: 2014-12-24