МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИИ УНИВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО КУРСУ

"Теория термической обработки"

(Для студентов специальности 8.090412-

-«Термическая обработка металлов» дневной и заочной формы обучения)

Утверждено на заседании кафедры металловедения. Протокол № 6 от

" 29 " ноября 2001г.

Мариуполь, 2001

УДК 669.017: 621.78 (077)

Методическое руководство к выполнению лабораторных работ по курсу "Теория термической обработки" для студентов специальности 8.090412 - "Термическая обработка металлов" дневной и заочной формы обучения / Сост. Ф.К. Ткаченко, И.Ф.Ткаченко, В.Г. Гаврилова. -Мариуполь: ПГТУ, 2001 -

Методическое руководство содержит описание лабораторных работ, мето­дические разработки занятий, вопросы для текущего контроля и спи­сок рекомендуемой литературы.

Составители: Ф.К.Ткаченко, д.т.н., профессор

И.Ф.Ткаченко, к.т.н., доцент

В.Г. Гаврилова, к.т.н.

Отв.за выпуск: Ф.К.Ткаченко, д.т.н., профессор

Работа 1

Определение склонности к росту аустенитного зерна в стали

2.1 Цель работы

Ознакомиться с существующими методами определения размеров аус-тенитного зерна в стали при температурах выше Ас₃. Определить склон­ность к росту аустенитного зерна (природное зерно) двух марок стали методом поверхностного окисления и установить какая из исследуемых сталей является природно мелкозернистой. Расчетным путем оценить вли­яние размера зерна на прочность и хладостойкость стали.

2.2 Описание лабораторной работы

Нагрев стали выше Ас₃ приводит к полному завершению превращения исходной феррито-перлитной структуры в аустенит. В результате обра­зуется большое число относительно мелких зерен аустенита (начальное зерно), размер которых зависит от ряда факторов: химического состава, исходной структуры, скорости нагрева, степени перегрева и др.

Последующая выдержка стали при температурах выше Ас₃ (Ас_m) со­провождается самопроизвольный ростом аустенитного зерна. Интенсив­ность этого процесса возрастает по мере повышения температуры, одна­ко при прочих равных условиях, она оказывается различной для сталей, отличающихся между собой по химическому составу и способу раскисления. В зависимости от интенсивности роста аустенитного зерна при тем­пературах выше Ас₃ все стали подразделяются на две группы (рисунок 2.1), природно (наследственно) крупнозернистые стали, у которых наблюдает­ся интенсивный рост зерна аустенита сразу же после перехода через точку Ас₃ (кривая а), и природно (наследственно) мелкозернистые, у которых в области температур от Ас₃ до 930-950 ⁰С наблюдается слабый рост зерна; при более высоких температурах в этих сталях обычно от­мечается весьма интенсивный рост аустенитного зерна (кривая б).

К природно или наследственно крупнозернистым относятся стали, раскисленные только ферромарганцем (кипящая сталь) или раскисление ферромарганцем и ферросилицием.

Природно или наследственно мелкозернистыми сталями являются стали дополнительно раскисленные алюминием (спокойная сталь), а так­же стали, содержащие в небольших количествах (0,03-0,1 %) сильные карбидо- или нитридообразующие элементы, например: Ti, V, Zr, Al и др. Образующиеся в присутствии указанных элементов (Аl, Ti, V, Zr и др.) в стали высокодисперсные включения карбидов (TiC, VC, ZrC) или нитридов (AlN и др.), располагаясь по границам зерен аустенита "тормозят" их рост. Таким образом, природное или наследственное зерно определяет склонность аустенитного зерна к росту в интервале темпера­тур Ас₃950 °С и является важной технологической характеристикой ста­ли.

Так как размер зерна в стали после охлаждения до комнатной темпе­ратуры (действительное зерно) находится в прямой зависимости от разме­ров зерна аустенита, то, очевидно, для того, чтобы гарантировать полу­чение мелкозернистой структуры после термической обработки или горя­чей пластической деформации (ковки или прокатки) целесообразно исполь­зовать природно мелкозернистые стали. При этом однако совершенно необ­ходимым является соблюдение следующего обязательного условия: темпера­тура конца прокатки (ковки) или термической обработки (t₀) должна находиться в пределах указанной выше области, Ас₃  t_кп  (930950 °С).

Величина действительного зерна определяет значение одной из наи­более важных характеристик мехсвойств стали - ее ударной вязкости, (динамическую прочность), а также влияет на величину _т; чем мельче действительное зерно, тем выше значение _т, Отсюда следу­ет важность правильного выбора температурного режима горячей обработ­ки стали. Очевидно, что правильный выбор термического режима возможен только при условии, что известно природное зерно обрабатываемой стали. Определяется оно одним из следующих методов: методом цементации, окис­ления, травления, высокотемпературной металлографии и др. Наиболее простым и доступным из них является метод поверхностного окисления.