Влияние температуры закалки на микроструктуру и твёрдость доэвтектовдой и заэвтектоидной сталей

6.1 Цель работы

Изучить микроструктуру и твердость сталей до и заэвтектоидного состава, закаленных от различных температур. Установить оптимальный интервал температур закалки двух исследованных марок стали.

6.2 Описание лабораторной работы

Закалка стали производится с целью получения максимальной твер­дости и прочности. Заключается эта операция в том, что сталь нагре­вается в аустенитную область, выдерживается до получения аустенитного состояния, а затем охлаждается со скоростью равной или выше кри­тической. В результате образуется мартенсит - пересыщенный твердый раствор углерода в a- железе, обладающий высокой твердостью и проч­ностью. Так как мартенсит является продуктом бездиффузионного пре­вращения аустенита по реакции

g Fe_(O) ® a Fe_(C)

то, очевидно, необходимым условием его получения является нагрев стали в аустенитную область. В зависимости от количества аустенита, образующегося при нагреве, будет изменяться количество мартенсита в структуре закаленной сталии, соответственно будет изменяться твердость.

Для того, чтобы получить максимальную твердость на доэвтектоидной стали, очевидно, необходимо нагревать ее под закалку до темпера­тур, лежащих выше линии GS (точки Ас₃). В этом случае будем иметь однофазное аустенитное состояние, которое обеспечит получение при закалке почти 100 % мартенсита (полная закалка). Если же нагрев под закалку производить до температур, лежащих выше точки Ас₁ (линия PSD), но ниже Ас₃ (линия GS), то структура до охлаждения будет состоять из аустенита и феррита. При закалке аустенит перейдет в мартенсит, а феррит останется в структуре без каких-либо изменений. Результиру­ющая твердость закаленной стали в этом случае будет определяться со­отношением количества феррита и мартенсита (неполная закалка).

Из диаграммы Fe- Fe₃С, представленной на рисунке 6.1 видно, что температура полной закалки изменяется в зависимости от содержания углерода в соответствии с изменением положения точки Ас₃- (линия GS).

Обычно задают оптимальный интервал температур закалки (слово "полная" опускают). Для доэвтектоидной стали

t₃ = Ас₃ + (20¸40 ⁰C) (6.1)

Границы этого интервала должны гарантировать перевод стали в аустенитное состояние (с учетом возможных отклонений по составу) и, кроме того, исключить получение крупного аустенитного зерна, скорость роста которого резко возрастает с повышением температуры.

Закалка стали с нагревом до температуры, лежащей в интервале Ас₃+(20¸40 ⁰C) обеспечивает образование мелкоигольчатого мартенсита, обладающего наиболее высокой твердостью. Закалка же от более высоких температур приводит к образованию крупноигольчатого мартенсита, имею­щего пониженную твердость и обладающего более высокой хрупкостью, что является весьма нежелательным.

В эаэвтектоидной стали максимальная твердость в закаленном сос­тоянии достигается после нагрева до температур выше Ас₁, но ниже Ас₃. Это объясняется следующим образом. В исходном состоянии (до закалки) заэвтектоидная сталь обладает структурой, состоящей из перлита и структурно-свободного цементита. При нагреве выше точки Ас₁ перлит превращается в аустенит, а цементит, частично растворяясь, сохраняет­ся в структуре стали, В результате закалки аустенит превращается в мартенсит, в то время как цементит, не претерпевая никаких превраще­ний, сохраняет свои свойства. После такой закалки структура заэвтектоидной стали состоит, в основном, из мартенсита и цементита. Так как цементит обладает высокой твердостью и придает стали высокую износо­стойкость, то присутствие его в структуре является весьма желатель­ным.

В связи с этим оптимальный интервал закалочных температур стали заэвтектоидного состава определяют так:

t₃ = Ас₁ + (20¸40 ⁰C)

При нагреве до более высоких температур происходит ряд нежелательных процессов: растворение цементита, рост аустенитного зерна и др., ко­торые вызывают понижение твердости стали после закалки, отчасти бла­годаря увеличению количества остаточного аустенита.

Влияние температуры закалки на твердость доэвтектоидной и заэвтектоидной стали схематично показана на рисунке 6.2.

6.3 Методическая разработка занятия

Работа выполняется на образцах сталей доэвтектоидного и заэвтектоидного составов. Рекомендуемые размеры образцов: d=15 мм, h= 12-15мм (или 10х10х15 мм). Образцы указанных размеров нагреваются до различных температур, выдерживаются до полного прогрева, после че­го охлаждаются в воде. Затем измеряется твердость и изучается струк­тура.

6.4 Порядок выполнения работы

6.4.1 Выданные преподавателем образцы двух марок стали клеймят­ся порядковыми номерами.

6.4.2 Изучается исходная структура и измеряется твердость. По структуре оценивается содержание углерода в обеих сталях.

6.4.3 По одному образцу от каждой марки стали загружаются в пе­чи с различными температурами:

Первая пара загружается в печь с температурой 700 °С.

Вторая - в печь с температурой 760 °С.

Третья - с температурой 860 °С.

Четвертая - в печь с температурой 960 °С.

6.4.4 После выдержки в течение 30 минут все образцы закаливаются в воде.

6.4.5 На обработанных образцах измеряется твердость и изучается микроструктура.

6.4.6 Результаты измерения твердости и изучения микроструктуры заносятся в таблицу.

Таблица 6.1 -

Марка стали	№ образца	Температура нагрева под закалку, ^0C	Твердость, НRС	Микроструктура

6.4.7 По результатам измерения твердости построить график изме­нения твердости от температуры закалки.

6.4.8 На основании полученных данных выбрать оптимальную темпе­ратуру нагрева исследованных сталей под закалку.

6.5 Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Краткие теоретические пояснения.

3. Результаты работы и их обсуждение.

4. Выводы.

6.6 Вопросы для текущего контроля

1. Какая структура образуется при охлаждении стали из аустенитной об­ласти со скоростью равной или выше критической?

2. Как изменится структура и свойства стали после охлаждения с крити­ческой скоростью от температур, лежащих ниже точки Ас₁?

3. Какая структура образуется в доэвтектоидной стали при неполной и полной закалке? Почему для доэвтектоидной стали следует, как прави­ло, применять полную закалку?

4. Какая структура образуется в эаэвтектоидной стали при неполной и полной закалке? Почему для заэвтектоидной стали следует применять неполную закалку?

5. Чем будут отличаться между собой структуры стали 40 закаленной от 900 и 1100 °С?

Литература

1. Новиков И.И. Теория термической обработки.- М.: Металлургия, 1978.-С. 239-244.

2. Гуляев А.П. Металловедение. -М.: Металлургия, 1978.- С. 265-287.

3. Блантер М.Е. Теория термической обработки. -М.: Металлургия, 1984.- С. 22-38.

Дата добавления: 2015-06-04