Определение склонности к росту аустенитного зерна в стали

Сознание динамично, подвижно, изменчиво. В фокусе сознания непрерывно, с утра до вечера и даже во сне, у человека появляются, сменяя друг друга, то одни, то другие образы, мысли, представления. Сознание напоминает течение реки. Поэтому его иногда характеризуют термином «поток сознания». Эту черту сознания впервые подметил античный философ Демокрит, высказавший мысль о том, что в мире все течет, все изменяется, нельзя дважды войти в одну и ту же реку, идуши человеческие текут как ручьи.

Сознание никогда не существует в «чистом виде», само по себе, изолированно от его конкретного носителя. Эта особенность сознания выражается термином «субъектность сознания», а также отражается формулой: «Сознание — есть субъективный образ объективною мира». Все произведения человеческой культуры — материальные и духовные — первоначально возникли в сознании их творцов.

Но всякое индивидуальное сознание возникает не па пустом месте, не в вакууме. Важнейшей особенностью сознания, которую особенно настойчиво выделяла отечественная психология, является тесная связь индивидуального сознания с общественным. Эта связь осуществляется через язык и речь, которые в своем содержании воплощают весь опыт человеческой культуры. Каждый человек в ходе индивидуального развития через язык и речь так или иначе приобщается к общественному сознанию.

Сознание активно. Эта черта сознания проявляется не только в процессе создания и изменения «картины мира», но и в предметно- практической деятельности по удовлетворению потребностей человека, которому необходим адекватный образ мира для того, чтобы его деятельность была эффективной. Эта особенность сознания выражается формулой: «сознание не только отражает мир, но и творит его». Это означает, что если психика животных обеспечивает прежде всего приспособление животного к окружающему миру, то сознание человека может позволить ему изменить мир, приспособив его к своим потребностям.

Сознание может не только отражать реальный мир, но и создавать идеальные конструкции, представления, которым нет аналогов, прообразов в реальном мире. Человек способен, отвлекаясь от реального восприятия окружающей действительности, рисовать в своем воображении то, что в данный момент не существует, или даже то, что никогда не существовало и не будет существовать. Таково содержание религий, социальных утопий, а также некоторых гипотез, претендующих на статус научности.

2.1 Цель работы

Ознакомиться с существующими методами определения размеров аус-тенитного зерна в стали при температурах выше Ас₃. Определить склон­ность к росту аустенитного зерна (природное зерно) двух марок стали методом поверхностного окисления и установить какая из исследуемых сталей является природно мелкозернистой. Расчетным путем оценить вли­яние размера зерна на прочность и хладостойкость стали.

2.2 Описание лабораторной работы

Нагрев стали выше Ас₃ приводит к полному завершению превращения исходной феррито-перлитной структуры в аустенит. В результате обра­зуется большое число относительно мелких зерен аустенита (начальное зерно), размер которых зависит от ряда факторов: химического состава, исходной структуры, скорости нагрева, степени перегрева и др.

Последующая выдержка стали при температурах выше Ас₃ (Ас_m) со­провождается самопроизвольный ростом аустенитного зерна. Интенсив­ность этого процесса возрастает по мере повышения температуры, одна­ко при прочих равных условиях, она оказывается различной для сталей, отличающихся между собой по химическому составу и способу раскисления. В зависимости от интенсивности роста аустенитного зерна при тем­пературах выше Ас₃ все стали подразделяются на две группы (рисунок 2.1), природно (наследственно) крупнозернистые стали, у которых наблюдает­ся интенсивный рост зерна аустенита сразу же после перехода через точку Ас₃ (кривая а), и природно (наследственно) мелкозернистые, у которых в области температур от Ас₃ до 930-950 ⁰С наблюдается слабый рост зерна; при более высоких температурах в этих сталях обычно от­мечается весьма интенсивный рост аустенитного зерна (кривая б).

К природно или наследственно крупнозернистым относятся стали, раскисленные только ферромарганцем (кипящая сталь) или раскисление ферромарганцем и ферросилицием.

Природно или наследственно мелкозернистыми сталями являются стали дополнительно раскисленные алюминием (спокойная сталь), а так­же стали, содержащие в небольших количествах (0,03-0,1 %) сильные карбидо- или нитридообразующие элементы, например: Ti, V, Zr, Al и др. Образующиеся в присутствии указанных элементов (Аl, Ti, V, Zr и др.) в стали высокодисперсные включения карбидов (TiC, VC, ZrC) или нитридов (AlN и др.), располагаясь по границам зерен аустенита "тормозят" их рост. Таким образом, природное или наследственное зерно определяет склонность аустенитного зерна к росту в интервале темпера­тур Ас₃¸950 °С и является важной технологической характеристикой ста­ли.

Так как размер зерна в стали после охлаждения до комнатной темпе­ратуры (действительное зерно) находится в прямой зависимости от разме­ров зерна аустенита, то, очевидно, для того, чтобы гарантировать полу­чение мелкозернистой структуры после термической обработки или горя­чей пластической деформации (ковки или прокатки) целесообразно исполь­зовать природно мелкозернистые стали. При этом однако совершенно необ­ходимым является соблюдение следующего обязательного условия: темпера­тура конца прокатки (ковки) или термической обработки (t₀) должна находиться в пределах указанной выше области, Ас₃ < t_кп < (930¸950 °С).

Величина действительного зерна определяет значение одной из наи­более важных характеристик мехсвойств стали - ее ударной вязкости, (динамическую прочность), а также влияет на величину s_т; чем мельче действительное зерно, тем выше значение s_т, Отсюда следу­ет важность правильного выбора температурного режима горячей обработ­ки стали. Очевидно, что правильный выбор термического режима возможен только при условии, что известно природное зерно обрабатываемой стали. Определяется оно одним из следующих методов: методом цементации, окис­ления, травления, высокотемпературной металлографии и др. Наиболее простым и доступным из них является метод поверхностного окисления.

2.3 Методическая разработка занятия

Сущность метода поверхностного окисления заключается в следующем. Образцы стали после шлифовки двух граней длительно выдерживаются при температурах выше Ас₃. При этом кислород воздуха находящегося в печи, взаимодействует с металлом, образуя окислы железа (FеО, Fе₃О₄, Fе₂О₄) на поверхности образца. По границам зерен окисление протекает более интенсивно и окислы глубже проникают в металл; после сошлифовки такого слоя окислов по границам зерен ауcтенита можно отчетливо наблюдать темную каемку, и таким образом, определить размер зерна.

Для определения размера зерна принято нагревать образцы до 930 ± 10°, с вы­держкой в течение 3-х или 8 часов. Однако для более полного исследо­вания интенсивности роста зерна или различных температурах выше Ас₃ нагрев желательно осуществлять в интервале температур, начиная от 750 ° до 1100 °, через каждые 50°.

2.4 Работа выполняется в следующем порядке:

2.4.1 По одному образцу от каждой стали (диаметром 10-15мм и высотой 15 мм) после предварительной шлифовки оснований нагревают в электропечи до температур 850, 950 и 1000 ° и выдерживают в течение 45 мин.

2.4.2 По истечении указанной выдержки образцы извлекают из печи, подстуживают на воздухе до темно-красного свечения и после этого охлаждают в воде.

2.4.3 После такой обработки поверхность шлифа осторожно шлифует­ся на последнем номере бумаги и полируется таким образом, чтобы плен­ка окислов удалилась с поверхности зерен и сохранилась по границам зерен.

2.4.4 Приготовленный шлиф травится 2-4 %-ным раствором азотной кислоты в спирте и после этого под микроскопом должна быть четко видна темная сетка окислов, окаймляющая общие зерна аустенита. Так как по границам зерен обезуглероживание распространяетсяна большую глу­бину, то в случае, когда слои окалины сняты, границы зерен после травления выявляются светлыми, благодаря выделению там сетки феррита.

В случае получения неудовлетворительных результатов на первой поверхности следует воспользоваться второй, повторив все операции по подготовке шлифа.

Просмотр шлифов под микроскопом должен производится при увели­чении хI00; оценку величины зерна производят путем сравнения микро­структуры со стандартной шкалой, а также путем определения средней площади зерна.

2.4.5 Для определения средней площади зерна на каждом шлифе в трех полях зрения подсчитывается число зерен, пересекаемых линией микрометрического окуляра в интервале 60 делений окулярной линейки (рисунок 2.2), и из трех берется среднее число зерен. Средняя пло­щадь зерна определяется по формуле:

(2.1)

где d - средняя площадь зерна вмкм²;

L - интервал окулярной линейки, равной 60 мелких делений;

n - среднее число зерен;

a - цена деления окулярной линейки при принятом увеличении.

Выражение в скобках «» равно среднему диаметру зерна.

2.4.6 Используя формулу n=2^N+3, где n - число зерен в единице площади (мм), определить балл (номер) зерна N.

С помощью таблицы 2.1 определяется номер зерна для каждого об­разца.

Таблица 2.1 - Зависимость между номером зерна и площадью зерна

Номер зерна при увели-	Действительная площадь зерна, мкм^2
чении 100 раз, N	пределы колебания	средняя
I	40000-80000
	20000-40000
	10000-20000
	5000-10000
	2500- 5000
	1250- 2500
	625- 1250
	312- 625

2.4.7 Полученные данные сводятся в таблицу2.2, а также строят­ся графики зависимости величины зерна от температуры.

Таблица2.2 - Зависимость величины зерна от температуры

Марка стали	Температура нагрева	nсред.	dсред. при х100	S сред., мкм^2	Номер зерна

При увеличении в 147 раз " d " равно 8мкм, а при увеличении в 280 раз - 4,25мкм.

2.5 Определение значений показателей прочности и хладостойкости стали по размеру зерна с помощью ЭВМ

Размер зерна весьма существенно влияет на предел текучести стали и ее температуру перехода в хрупкое состояние. Получены зависимости величин s_т и Т_хр от размера зерна, которые имеют вид:

s_т =s₀ +kd^-1/2 (2.2)

T_хр = А- B ln d^-1/2 (2.3)

где s₀, А, В и k - постоянные величины;

d - размер зерна вмкм.

Для малоуглеродистой стали, содержащей 0,1 %С и 0,5 % Mn, конст­анты имеют значения:

s₀ = 12 кгс/мм² А = -186,5

К = 45 В = 79,29

С помощью уравнений (2.2) и (2.3) можно рассчитать значения s_т и T_хр. Для уяснения пределов изменения этих величин от размера зерна выпол­нить расчет s_т и T_хр с помощью ЭВМ для случая изменения среднего раз­мера зерна от 5 до 200мкм.

2.6 Содержание отчета

1. Цель работы,

2. Краткие теоретические пояснения.

3. Методика работы.

4. Результаты работы (таблицы, графики и их обсуждение).

5. Выводы.

2.7 Вопросы для текущего контроля

1. Почему происходит рост зерна?

2. Какие факторы определяют различную склонность к росту зерна аустенита?

3. Какое зерно называется начальным, природным и действительным?

4. Имеется ли связь между природным и действительным зерном?

5. Какие существуют методы определения склонности стали к росту зерна и в чем сущность этих методов?

6. Укажите режим нагрева наследственно-крупнозернистой стали, который обеспечит получение мелкого зерна.

7. Какую сталь Вы рекомендовали бы для изготовления деталей, работаю­щих при низких (отрицательных) температурах?

Литература

1. Новиков И.И. Теория термической обработки.- М.: Металлургия, 1986.-С. 131-133.

2. Гуляев А.П. Металловедение. -М.: Металлургия, 1978.-С. 237 -243.

3. Блантер М.Е. Теория термической обработки. -М.: Металлургия, 1984.-287с.

РАБОТА 2

Дата добавления: 2015-06-04