ФГБОУ ВПО Чувашский Государственный Университет им. И. Н. Ульянова

Электротехнический факультет ТРП.

Лабораторная работа

Влияние температуры нагрева под закалку на структуру и твердость, скорости охлаждения при закалке на структуру и твердость, температуры отпуска на структуру и твердость закаленных углеродистых сталей

Выполнил: ст. гр. ЭТ-51-11_____

___________________________

Проверил:__________________

___________________________

Г. Чебоксары 2012г.

Цель работы - изучить влияние температуры нагрева под закалку на структуру и твердость углеродистых сталей; опреде­лить оптимальную температуру нагрева для закалки доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей.

Изучить влияние скорости охлаждения при закалке на структуру и твердость углеродистых сталей.

Изучение влияния температуры отпуска на структуру и твердость закаленных углеродистых сталей.

1. Необходимые исходные сведения

Работа 1.

Основным металлическим конструкционным материалом в промышленности является углеродистая сталь. Металлургиче­ские заводы поставляют углеродистые стали в виде проката раз­личного профиля после отжига или нормализации.

Детали машин и инструменты, к которым предъявляются высокие требования по прочности, твердости, износостойкости, подвергаются закалке и отпуску.

Закалкой называется процесс термообработки, заключаю­щийся в нагреве стали до значения температуры выше значения температуры фазовых превращений, выдержке при этой темпе­ратуре и быстром со скоростью выше критической охлаждении. Конечной целью закалки является получение максимально вы­сокой твердости. Это возможно, если при нагреве стали в результате фазового превращения структура будет аустенитной и при последующем быстром охлаждении превратится в мартенситную.

Критические точки части диаграммы Fe-Fe₃C, представ­ляющей сталь (рисунок), обозначаются буквой А .

К ритической точкой на диаграммах состояния сплавов на­зывают значение температуры, при котором происходят фазо­вые превращения в процессе нагрева или охлаждения.

А_с1 - нижняя критическая точка, при значении этой темпера­туры происходят фазовые превращения аустенита в перлит в процессе медленного охлаждения и перлита в аустенит - при нагреве.

Критическая точка А_с1 всех сталей и чугунов одинакова и

при t 727 °С, находится на линии PSK .

А_с3- верхняя критическая точка доэвтектоидных сталей; при

этом значении температуры начинается выделение феррита из аустенита при охлаждении и заканчивается переход феррита в аустенит при нагреве. А_с3 - верхняя критическая точка заэвтектоидных сталей, на­ходится на линии ES. При этом значении температуры начинает­ся выделение вторичного цементита из аустенита при медленном охлаждении и его полное растворение в аустените при нагреве.

Работа 2.

Из диаграммы Fe-Fe₃C , построенной при медленном охла­ждении, т.е. при условии равновесия всех фаз, следует, что аустенит превращается в перлит (распадается на ферритоцементитную смесь) при температуре А_с 727 °С.

Перлит (П) - крупнопластинчатая смесь феррита и цемен­тита, образуется при медленном охлаждении вместе с печью (скорость х_] на рисунке); 180...220 НВ.

Сорбит закалки (С_зак) - тонкопластинчатая смесь феррита и цементита, образуется при охлаждении со скоростью и₂; 250...300 НВ.

Троостит закалки (Т_зак) - дисперсная смесь феррита и це­ментита образуется при охлаждении аустенита со скоростью и₃; 350...450 НВ.

Скорость охлаждения υ_КР называется кри­тической скоростью закалки, т.е. это — минимальная скорость охлаждения аустенита, обеспечивающая превращение всего ау­стенита в мартенсит. У рассматриваемой углеродистой эвтектоидной стали М_н= 240 °С; М_к= -50 °С.

Работа 3.

Низкий отпуск (120...250 °С) обеспечивает структуру мар­тенсита отпуска, называемую отпущенным мартенситом. Это твердая (550...600 НВ), в зависимости от массовой доли углеро­да прочная, износостойкая и, в сравнении с мартенситом, более стабильная структура. Широко применяются после закалки ин­струментов, цементованных и цианированных изделий, когда необходимо уменьшить остаточные закалочные напряжения, сохранив высокую твердость и износостойкость.

Среднии отпуск (350...450 °С) вызывает диффузионные процессы и обеспечивает образование дисперсной механической смеси феррита и цементита, называемой трооститом отпуска. Такая структура менее твердая (350...450 НВ), но более пла­стичная (5~8%), чем мартенсит отпуска. Средний отпуск про­водят тогда, когда необходимо сочетание высокой прочности, упругости и достаточной вязкости. Поэтому его применяют для пружин и рессор в машиностроении, а также для инструмента горячей обработки давлением.

Высокий отпуск (500...650 °С) обеспечивает образование менее дисперсной смеси феррита и цементита, называемой сор­битом отпуска. Его широко применяют в машиностроении к изделиям из конструкционной стали, которые должны характе­ризоваться не только достаточной прочностью, но и хорошей сопротивляемостью ударным нагрузкам. Твердость сорбита (250...350 НВ) ниже, чем у троостита и, тем более, мартенсита, но выше, чем у перлита.