Международные обозначения критических температур на диаграмме железо  углерод

Линия диаграммы	Структурные превращения	Обозначение критической точки
		при нагреве	при охлаждении
PSK GS SE	Аустенитно-перлитное Аустенитно-ферритное Выделение цементита из аустенита или его растворение	Аc1 Ac3 Aсm	Аr1 Ar3 Arm

А  начальная буква французского слова Arret  остановка;

с  начальная буква слова chauffage  нагревание;

r  начальная буква слова refroidissement  охлаждение.

Порядок выполнения работы

1. Начертить диаграмму состояний сплавов Fe  C (Ц).

2. Определить, какие превращения протекают при охлаждении сплавов I, II, III, IV, V, VI и VII.

Записать кратко превращения в этих сплавах по схеме, как указано выше для сплава I.

3. Расшифровать диаграмму.

4. Зарисовать равновесные структуры для сплавов I, II, III и IV.

Содержание отчёта

1. Диаграмма состояний сплавов Fe  C (Ц).

2. Определения структурных составляющих.

3. Описание превращений при охлаждении сплавов I, II, IV, V, VI и VII.

4. Зарисовки равновесных структур сплавов I, II, III и IV.

Р А Б О ТА 4

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Предварительную термическую обработку выполняют для обеспечения требуемых технологических свойств материала заготовок (отливок, поковок, проката и т.п.) и подготовки структуры к окончательной термической обработке:

уменьшения твёрдости для снижения усилий резания;

измельчения зерна с целью повышения пластичности, так как современные методы обработки конструкционных сталей связаны в основном с формообразованием за счет пластической деформации;

устранения различных дефектов структуры (cтрочечности, ферритной сетки, видманштеттовой структуры) и получения равномерного распределения структурных составляющих;

снятия внутренних напряжений.

При назначении термической обработки сталей следует руководствоваться частью диаграммы состояний сплавов FeС для сталей (рис. 4.1).

В качестве предварительной термической обработки сталей проводят отжиг или нормализацию.

Рис. 4.1. Часть диаграммы состояний сплавов Fe  C для сталей (нанесены температурные интервалы отжига и нормализации)

0,8%С -100%П

Сталь 40: 0,4%С- 50%П+50%Ф

Цементит (Ц) Fe3C HRC=80

Отжиг  нагрев доэвтектоидной стали до температуры на 3050 С выше линии Ас₃, выдержка и медленное охлаждение с печью (скорость охлаждения 2030 град/ч).

При нормализации в отличие от отжига охлаждение производят на спокойном воздухе (скорость охлаждения 3 град/с). Нагрев доэвтектоидных сталей при предварительной термической обработке выше линии Ас₃ (рис. 4.2) необходим для измельчения зерна в сплавах в результате полной перекристаллизации. При этом следует учитывать, что излишне высокая температура вызывает рост зерна и, следовательно, охрупчивание стали. Такой дефект структуры носит название перегрева. Нагрев же стали в межкритический интервал температур (ниже линии Ас₃, но выше Ас₁) не приводит к полной перекристаллизации (измельчается только зерно перлита).

Рис. 4.2. Графики отжига и нормализации для доэвтектоидной стали

Нормализация приводит к несколько более высокой твёрдости, чем отжиг.

Для сталей, содержащих 0,25-0,5 % углерода, повышение твёрдости которых при нормализации невелико, выгоднее проводить нормализацию; для более высокоуглеродистых сталей, содержащих 0,550,75 % С  отжиг, но, возможно, и нормализацию  в зависимости от используемой в дальнейшем технологии.

Малоуглеродистые стали (до 0,25 % С) необходимо подвергать только нормализации, чтобы сталь, имея структуру феррит + перлит (небольшое количество), была пластичной. После отжига эти стали будут иметь структуру феррита и цементита, расположенного по границам ферритных зерен, что сильно охрупчивает стали.

Измельчение зерна при отжиге или нормализации доэвтектоидных сталей в результате перекристаллизации происходит как при нагреве, так и при охлаждении (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Схема изменения размера зерна перлита в стали У8

в процессе термической обработки

_т=кd^-1/2

Предварительная термическая обработка доэвтектоидных сталей приводит к формированию близкой к равновесному состоянию мелкозернистой структуры равномерно распределенных феррита и перлита (рис. 4.4).

Заэвтектоидные инструментальные стали имеют исходную структуру перлит + вторичный цементит, при этом в ряде случаев при некачественно проведенной горячей обработке давлением (ковке, прокатке и др.) вторичный цементит расположен в виде сетки по границам перлитных зерен.

Рис. 4.4. Структура стали 40 после отжига или нормализации

Такая структура приводит к повышенной хрупкости стали и затрудняет ее механическую обработку, а после дальнейшей закалки инструмент будет хрупок и неработоспособен. Поэтому в первую очередь необходимо избавиться от сетки вторичного цементита. Для этого заэвтектоидную сталь нагревают до температуры, при которой вторичный цементит полностью растворится, т. е. на 3050 С выше линии Ас_m (но обычно не выше 920950 С), выдерживают при этой температуре и ускоренно охлаждают на воздухе или в масле (в зависимости от сечения заготовки). Если же охлаждать медленно, например, с печью, то вторичный цементит успевает вновь выделиться избирательно по границам перлитных зерен.

Основной задачей предварительной обработки заэвтектоидной стали является получение перлита с зернистой формой цементита, т. е. структуры, в которой в ферритной основе достаточно равномерно распределены мелкие включения цементита округлой формы. Такая структура обеспечивает еще большее снижение твердости, а при последующей закалке  более однородный и мелкозернистый (скрытокристаллический) мартенсит при уменьшенном содержании остаточного аустенита, большую стойкость к перегреву, минимальную склонность к растрескиванию и изменению размеров после закалки и отпуска.

Главным условием образования перлита с зернистой формой цементита является фиксация при охлаждении неоднородного по углероду твердого раствора (аустенита). Из однородного (гомогенного) аустенита при медленном охлаждении всегда образуется цементит пластинчатой формы. На практике отжиг проводят путем нагрева стали выше точки Ас₁ (до 740770 С) с последующей длительной изотермической выдержкой при температуре 660700 С (наиболее технологичный режим) или с последующим непрерывным охлаждением с печью со скоростью не более 50 град/ч до 500600 С и далее на воздухе (рис. 4.5). Для отдельных заготовок инструментов и небольших их партий возможен маятниковый отжиг, сокращающий время обработки.

Рис. 4.5. График термической обработки заэвтектоидной инструментальной стали на перлит с зернистой формой цементита

Эвтектоидную инструментальную сталь, которая после горячей механической обработки приобретает структуру пластинчатого перлита, а также заэвтектоидную, имеющую после качественно проведенной ковки структуру пластинчатого перлита и равномерно распределенный глобулярный вторичный цементит (рис. 4.6, а), тоже необходимо обрабатывать на перлит с зернистой формой цементита (рис. 4.6, б). Для этого достаточно провести такую же термическую обработку, но без первого этапа (нормализации).

а) б)

Рис. 4.6. Структура инструментальной стали У8 перлит с пластинчатой (а) и зернистой (б) формой цементита

Твёрдость сталей после предварительной термической обработки в зависимости от содержания углерода и формы цементита показана на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Твёрдость сталей после предварительной термической

обработки в зависимости от содержания углерода и формы цементита

отожженная сталь 20: НВ=1200 МПА=12НRС

закаленная сталь 20: 39 НRС

НВ=100*НRC

3400 34

Отожженная У8: 2500МПа=25 НRС

Закаленная У8: 61 НRС