Определение оптимальной температуры закалки стали

15.1 Цель работы

Определить влияние температуры нагревания на твердость закаленной стали с разним содержимым углерода; получить навыки выполнения закалки.

15.2 Краткие теоретические сведения

Закалкой называется термическая операция, включающая нагрев до температуры выше критической, выдержка для завершения фазовых превращений и последующее охлаждение со скоростью выше критической. Важнейшим параметром технологии закалки является температура нагрева. Температура нагрева для закалки зависит от химического состава и, в первую очередь, от содержания в ней углерода. При выборе температуры нагрева для закалки стоит учесть необходимость получения наиболее высокой твердости в закаленной стали. Если доэвтектоидную сталь с исходной структурой перлит-феррит нагреть ниже критической Ас₁, то структура перлит-феррит сохранится и после быстрого охлаждения. Такая технология свойства стали не изменит. В доэвтектоидной стали, нагретой выше Ас₁, но ниже Ас₃, после закалки наряду с мартенситом сохранятся участки феррита, которые не испытали превращения в аустенит при нагреве. Присутствие феррита снижает твердость стали после закалки и ее механические свойства после отпуска.

Нагревание стали выше Ас₃ вызовет образование аустенита и после охлаждения со скоростью выше критической образуется мартенсит. Нагрев доэвтектоидной стали значительно выше Ас₃ вызывает рост зерна аустенита, который приведет к образованию при охлаждении крупногольчатого мартенситу и увеличению содержания остаточного аустенита. Такая структура неблагоприятно влияет на свойства стали. Следовательно, нагрев для закалки доэвтектоидных сталей должен осуществляться немного выше (на 20..40°С) Ас₃.

Заэвтектоидные стали также нецелесообразно нагревать ниже Ас₁, потому что такое нагрев не вызывает структурных превращений и не изменит свойства стали. Нагрев заэвтектоидных сталей к температурам, выше Ас₁ и ниже Асm, приведет к образованию в структуре закаленной стали мар-тенсита и избыточного цементита. Такая структура обеспечивает более ви-сокую твердость в сравнении с той, которая получается при закалке с нагреванием выше Асm, то есть в область существования однородного аустенита. В результате такого высоког нагрева сталь получает структуру крупноигольчатого мартенсита без цементита, но с повышенным количеством остаточного аустенита. Цементит имеет более высокую твердость, чем мартенсит, а присутствие аустенита снижает твердость. Поэтому температура закалки заэвтектоидних сталей назначается на 20…40 °С выше Ас₁.

15.3 Материалы, оборудование и принадлежности

Для выполнения работы необходимы: образцы для испытания доэвтектоидной (сталь 45) и заэвтектоидной (сталь У13) сталей, нагревательные печи, клещи, для загрузки образцов в печь и их выгрузку, бачок с водой, наждачную бумагу, абразивный круг, твердомер ТК и ТШ.

15.4 Ход работы

1. В печи, предварительно нагретые до температур 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950 °С, загрузить образцы.

2. После приобретения образцами цвета накаливания стенок печи выдержать в течение 7 мин.

3. По окончании выдержки образцы (по одному) быстро перенести в бачок с водой и выдержать в воде 10... 15 мин, после чего образцы вытянуть, торцевую поверхность зачистить на абразивном круге до металлического блеска и измерить твердость с помощью твердомера ТК.

4. Результаты измерения твердости (три измерения на каждом образце) занести в табл.15.1., представить графически зависимость средних значений твердости от температуры нагревания и сделать анализ.

Таблица 4.1

Температура нагревания, °С	Твердость посля закалки
	Сталь доэвтектоидная				Сталь заэвтектоидная
	НRС 1	НRС 2	НRС 3	НRС ср.	НRС 1	НRС 2	НRС 3	НRС Ср.
650
700
750
800
850
900