Теоретические сведения по теме работы. Отчет по лабораторной работе по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов» Выполнил студент группы Д-5Б4А1

ЧАСТЬ № 1. ЗАКАЛКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Отчет по лабораторной работе по дисциплине
«Материаловедение и технология конструкционных материалов»

Выполнил студент группы	Д-5Б4А1		Чалов Дмитрий Юрьевич
	группа		(ФИО)
Проверил	Преподаватель:		Багинский Андрей Геннадьевич
	должность		(ФИО)

Томск – 2016__

Цель работы:

1) Изучить теоретические основы выбора температуры закалки для углеродистых сталей. 2) Изучить влияние среды охлаждения (скорости охлаждения) на твердость стали при закалке. 3) Установить влияние содержания углерода в стали на результаты закалки.

Цель любого процесса термической обработки заключается в том, чтобы нагревом до определенной температуры, выдержкой и последующим охлаждением с определенной скоростью вызвать желаемое изменение структуры сплава и, соответственно, изменение свойств. Следовательно, основными факторами воздействия при термической обработке являются температура, время выдержки и скорость последующего охлаждения.

Практическая цель закалки конструкционных и инструментальных
сталей заключается в – повышении твердости и прочностных характеристик (пределов прочности и текучести)
	Основные этапы процесса закалки:
	1) Нагрев до температуры, выше критических точек Ас3 – для доэвтектоидных сталей, Ас1 – для заэвтектоидных сталей.
	2) Выдержка при температуре нагрева
	3) Охлаждение со скоростью выше критической
	Цель нагрева сталей при закалке:
	перевод всей исходной структуры или определенной ее части в аустенит
	Доэвтектоидные (конструкционные) стали закаливаются из однофазного состояния – какого и почему?
	происходит из однофазной аустенитной области, поэтому структура этих сталей после закалки будет представлять мартенсит с небольшим количеством остаточного аустенита Доэвтектоидные стали закаливаются из однофазной аустенитной структуры. В структуре после закалки будет мартенсит с небольшим количеством остаточного аустенита, что обеспечит наибольшую твердость. При закалке из двухфазного феррито-аустенитного состояния присутствие в структуре феррита будет снижать твердость.
	Для получения оптимальных свойств доэвтектоидных (конструкционных) сталей после закалки необходимо производить их нагрев до температур, определяемых эмпирической формулой:
	t зак. доэвт. =АС3+ (30 – 50), °С
Заэвтектоидные (инструментальные) стали закаливаются из двухфазного состояния – какого и почему?
Заэвтектоидные стали охлаждаются из двухфазной аустенитоцементитной области и структура этих сталей после закалки представляет собой мелкоигольчатый мартенсит с небольшим количеством остаточного аустенита и цементит вторичный. При закалке же из однофазной аустенитной области заэвтектоидной стали возникает риск получения в структуре крупноигольчатого мартенсита (из-за крупного бывшего аустенитного зерна), что значительно увеличит склонность стали к хрупкому разрушению.
	Для получения оптимальных свойств заэвтектоидных (инструментальных) сталей после закалки необходимо производить их нагрев до температур, определяемых эмпирической формулой: Цель нагрева сталей при закалке:
	t зак. заэвт.= АС1+ (30 – 50), °С
	Цель нагрева сталей при закалке: перевод всей исходной структуры или определенной ее части в аустенит
	Критической скоростью охлаждения при закалке называется минимальная скорость охлаждения, при которой предотвращается диффузионный распад переохлажденного аустенита
	Мартенсит – это структра, получаемая сдвиговым, бездиффузионным путем в процессе закалки, представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в объемноцентрированной решетке железа.
	Причины повышения прочности и твердости стали при закалке: высокий уровень напряжений внутри пересыщенной по углероду решетки, высокая плотность линейных дефектов решетки – дислокаций.
	Причины повышения прочности и твердости стали при закалке
	Основным фактором, определяющим твердость мартенсита, является концентрация углерода.

Результаты эксперимента:

Таблица

Результаты закалки стали

№ п/п	Марка стали	Содержание C, %	Исходная твердость	Диаметр образца, мм	Режим закалки	Результат закалки
Температура нагрева, °С	Время нагрева, мин	Среда охлаждения, V охл	№ образца	Твердость образца	Структура образца
			HB161 (HRC4)				Вода V охл> V кр			Мартенсит
		Мартенсит
	37.5	Мартенсит
			HB170 (HRC6)						Мартенсит
		Мартенсит
	55.5	Мартенсит
	У12		HB207 (HRC18)						Мартенсит
		Мартенсит
		Мартенсит
Масло V охл< V кр			Сорбит, тростит
Воздух V охл< V кр			Сорбит, перлит
Рис. 1. График зависимости твердости стали У12 от скорости охлаждения (скорость охлаждения: в воде – 600 °С/с, в масле – 150 °С/с, на воздухе – 30 °С/с) Рис. 2. График зависимости твердости сталей У12, 20, 45 от содержания углерода Выводы:
По результатам лабораторной работы на основании приведенных выше графиков можно сделать следующие два вывода: 1. На рис. 1 изображена зависимость твердости от скорости охлаждения для стали У12. По данному рисунку видно, что увеличение скорости охлаждения приводит к увеличению твердости стали. Скорость охлаждения влияет на конечную структуру. При скоростях охлаждения 30°С/с и 150°С/с в стали У12 превращение происходит диффузионным путем, формируется феррито-цементитная структура разной степени дисперсности, в первом случае сорбит, во втором – тростит. Тростит является более дисперсной структурой, соответственно твердость его будет выше. При скорости 600°С/с диффузионные процессы подавляются, образуется мартенсит, который обладает наибольшей твердостью. Следовательно, увеличение скорости охлаждение приводит к увеличению твердости: при скоростях ниже критической твердость определяется дисперсностью структуры, при скоростях выше критической – структурой мартенсита. 2. Из данных рисунка 2 видно, что увеличение концентрации углерода в стали приводит к увеличению твердости после закалки (закаливаемости). Содержание углерода в стали является определяющим фактором твердости мартенсита. Чем больше содержание углерода в решетке мартенсита, тем выше его твердость, так как выше уровень напряжений внутри решетки ввиду ее дефектности.

Дата добавления: 2017-01-13