Влияние скорости охлаждения на превращение аустенита
Содержание работы
Задание для самостоятельной работы студентов
Вариант 1.
1. Назначьте температуру нагрева под отжиг, нормализацию и закалку для стали 35. Назовите структуры, получаемые после этих термических обработок.
2. Назначьте температуру отпуска стали У12 и укажите полученную в результате твердость. Какова структура стали после данной термической операции?
Вариант 2.
1. Назначьте температуру нагрева под отжиг, нормализацию и закалку для стали У12. Назовите структуры, получаемые после этих термических обработок.
2. Назначьте температуру отпуска стали 65Г и укажите полученную в результате твердость. Какова структура стали после данной термической операции?
Вариант 3.
1. Назначьте температуру нагрева под отжиг, нормализацию и закалку для стали 70. Назовите структуры, получаемые после этих термических обработок.
2. Назначьте температуру отпуска стали 35 и укажите полученную в результате твердость. Какова структура стали после данной термической операции?
4.6. Лабораторная работа № 6
Микроструктуры термически
обработанных углеродистых сталей
Цель работы: изучить влияние на структуру и свойства углеродистых сталей температуры нагрева при отжиге и закалке и температуры отпуска после закалки.
Термической обработкой, изменяя структуру, можно получить требуемые свойства конкретной детали. Распространёнными видами обработок являются закалка, отжиг и нормализация. Любой вид термообработки предусматривает нагрев, выдержку при температуре нагрева и охлаждение. Нагрев выполняется выше линии А3 на 30–50 °С для доэвтектоидных сталей и выше линии А1 или Аст (при нормализации) на 30–50 °С для заэвтектоидных сталей (см. рис. 4.5.1б).
При нагреве и выдержке выше А3 или Аст исходная структура сталей превращается в однородный аустенит. Охлаждение стали выполняется в различных технологических средах, которые и определяют вид обработки: при закалке – в воде, масле, отжиге – вместе с печью, при нормализации – на спокойном воздухе. Каждая среда обеспечивает определенную скорость охлаждения.
В зависимости от скорости охлаждения превращение аустенита может быть диффузионным и бездиффузионным. Критерием превращения является критическая скорость закалки VКР – наименьшая скорость охлаждения, при которой подавляется диффузия атомов углерода.
При скоростях охлаждения V < VКР протекает диффузионный распад аустенита в феррит и цементит. В процессе превращения перестраивается кристаллическая решетка железа и происходит перераспределение углерода между фазами.
Такое превращение имеет место при отжиге, нормализации и менее распространённом виде термической обработки – закалке в масло. Ферритоцементитные смеси, полученные этими обработками, характеризуются «межпластинчатым» расстоянием h – суммарной толщиной одной пластинки феррита и одной пластинки цементита (рис. 4.6.1а−в).
а) Перлит пластинчатый – грубодисперсная ферритоцементитная смесь пластинчатой формы;
б) Сорбит закалки – дисперсная ферритоцементитная смесь пластинчатой формы.
в) Троостит закалки – весьма дисперсная ферритоцементитная смесь пластинчатой формы.
Рис. 4.6.1. Структуры и схемы структур эвтектоидной стали:
а – перлит пластинчатый; б – сорбит закалки; в – троостит закалки
Ферритоцементитные смеси обеспечивают относительно невысокую твёрдость, возрастающую с уменьшением межпластинчатого расстояния: перлит пластинчатый – НRС 10, сорбит закалки – НRС 30, троостит закалки – НRС 40.
При скоростях охлаждения V > VКР, например, при закалке в воде протекает бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит, т. е. кристаллическая решетка γ-Fe перестраивается α-Fe без выделения углерода из твёрдого раствора. В равновесном состоянии α -Fe растворяется всего лишь 0,006 % углерода, а в любой стали его значительно больше, отсюда следует, что мартенсит – пересыщенный раствор углерода α-Fe. Пресыщенность решетки железа углеродом создаёт внутренние напряжения, что приводит к существенному упрочнению стали. Но при этом сталь становится менее вязкой.
Рис. 4.6.2. Структура мартенсита, х 1000
Мартенсит закалённой стали состоит из кристаллов игольчатой формы и характеризуется структурным параметром – длиной игл L (рис. 4.6.2). Твердость этой структуры зависит от содержания углерода (см. рис. 4.5.3)