1. Цель работы,

2. Краткие теоретические пояснения.

3. Методика работы.

4. Результаты работы (таблицы, графики и их обсуждение).

5. Выводы.

2.7 Вопросы для текущего контроля

1. Почему происходит рост зерна?

2. Какие факторы определяют различную склонность к росту зерна аустенита?

3. Какое зерно называется начальным, природным и действительным?

4. Имеется ли связь между природным и действительным зерном?

5. Какие существуют методы определения склонности стали к росту зерна и в чем сущность этих методов?

6. Укажите режим нагрева наследственно-крупнозернистой стали, который обеспечит получение мелкого зерна.

7. Какую сталь Вы рекомендовали бы для изготовления деталей, работаю­щих при низких (отрицательных) температурах?

Литература

1. Новиков И.И. Теория термической обработки.- М. : Металлургия, 1986.-С. 131-133.

2. Гуляев А.П. Металловедение. -М.: Металлургия, 1978.-С. 237 -243.

3. Блантер М.Е. Теория термической обработки. -М.: Металлургия, 1984.-287с.

РАБОТА 2

Влияние скорости охлаждения из аустенитнои области на микроструктуру и механические свойства стали

4.1 Цель работы

Изучить структуру и твердость сталей с различным содержанием углерода после охлаждения с различная скоростями из аустенитной области. Уяснить связь между структурным состоянием и свойствами. Выяснить сущность основных операций термической обработки.

4.2 Описание лабораторной работы

При выполнении основных операций термической обработки (отжига, нормализации, закалки) распад переохлажденного аустенита происходит не в изотермических условиях, а при непрерывном охлаждении. Охлажде­ние с заданной скоростью обеспечивает определенную степень переох­лаждения аустенита (чем выше скорость охлаждения, тем больше степень переохлаждения), что обусловливает образование соответствующей струк­туры. Так, при охлаждении эвтектоидной стали со скоростью I °С/мин. степень переохлаждения составляет  13 °С; превращение в этом случае идет примерно при 710 °С с образованием грубопластичного перлита (НВ=180). При скорости охлаждения 60 °С/мин. степень переохлажде­ния составляет  43 °С; превращение происходит приблизительно в обла­сти, лежащей около 680 °С с образованием тонко- пластичного перлита (НВ=230). При охлаждении со скоростью  600 °С/мин. превращение идет в области, лежащей около 650 °С с образованием сорбита (НВ=250).

Следует особо подчеркнуть, что превращение при непрерывном ох­лаждении происходит не при постоянной температуре, а в интервале тем­ператур; причем величина этого интервала увеличивается и он смещает­ся вниз по мере увеличения скорости охлаждения. Это наглядно видно из схемы, приведенной на рисунке 4.1. На этом рисунке изображена ди­аграмма изотермического распада аустенита эвтектоидной стали, на ко­торую нанесены кривые охлаждения. Тангенс утла наклона касательной, проведенной в любой точке на такой кривой, характеризует скорость охлаждения ( ). Очевидно, что кривым 1-6, изображенным на рисунке 4.1 соответствуют следующие соотношения скоростей охлаждения V₁ V₂ V₃ V₄ ... . Как видно, интервал превращения а-в (точ­ка "а" соответствует началу, а точка "в" - концу превращения) увели­чивается и он смещается вниз по мере увеличения скорости охлаждения до определенного предела. При дальнейшем увеличении скорости охлаждения превращение раздваивается; часть аустенита распадается в пер­литной области, а остальная часть переохлаждается до мартенситного превращения (кривая 4). В результате превращения в этих условиях об­разуется смешанная троосто-мартенситная структура. При достижении скоростей охлаждения порядка 150-300 °С/сек превращение аустенита в перлитной области не происходит и весь аустенит переохлаждается до мартенситного превращения, которое идет только при непрерывном охлаж­дении в интервале температур М_н-М_к.

Минимальная скорость охлаждения, которая обеспечивает переохлаж­дение всего аустенита до мартенситного превращения называется крити­ческой скоростью. Критической скорости на рисунке 4.1 соответствует касательная к "носу" диаграммы изотермического распада (вектор 5). Дальнейшее увеличение скорости охлаждения (сверх критической) не при­водит к заметному изменению положения температурного интервала мар­тенситного превращения.

Критическая скорость охлаждения является важной характеристикой стали. Увеличение содержания углерода в стали, а также введение в сталь легирующих элементов вызывает уменьшение критической скорости и, соответственно, облегчает получение мартенситной структуры (закал­ку стали). Таким образом, диаграмма изотермического превращения (распада) позволяет получить наглядное качественное представление о характере и продуктах превращения, протекающего при непрерывном ох­лаждении с любой скоростью. Оказывается, в случае превращения при не­прерывном охлаждении распад аустенита начинается с некоторым "запаз­дыванием" по сравнению с изотермическим распадом (рисунок 4.1). В связи с этим критическая скорость охлаждения с помощью "С"-кривой прибли­женно может быть определена по форлуле:

, град/сек , (4.I)

где А - равновесная температура эвтектоидного превращения (723 °);

t_н - температура минимальной устойчивости аустенита;

₀- время минимальной устойчивости.

Более точно процесс превращения аустенита при непрерывном охлаж­дении характеризуется термокинетическими диаграммами. Эти диаграммы построены в тех же координатах температура-время. Линии, отвечающие началу и концу распада аустенита, в этом случае строятся по точкам перегиба на кривых охлаждения, записанных при охлаждении образцов с различной скоростью. Перегибы возникают в связи с выделением теплоты превращения.

При различных скоростях охлаждения образуются структуры, которые соответствуют определенным областям на термокинетических диаграммах.

В производственных условиях охлаждение со скоростью, необходи­мой для получения заданных структур и свойств, осуществляется в спе­циально подобранных средах. Например, для получения мартенситной структуры (такая операция называется закалкой) охлаждение стали про­изводят в воде, в водных растворах солей и щелочей или в масле.

Для получения сорбитной структуры сталь охлаждают на воздухе (нормализация). Для получения перлитной структуры, близкой к равно­весной, охлаждение производят с печью (отжиг).

4.3 Методическая разработка занятия

Работа выполняется на двух марках стали, отличающихся между со­бой содержанием углерода, в следующем порядке:

4.3.1 На образцах обеих марок стали измеряется исходная твер­дость и исследуемая микроструктура. Приближенно оценивается содержа­ние углерода в них.

4.3.2 По четыре образца от каждой стали загружается в печь для аустенитизации. Температура нагрева каждой стали определяется с учетом их состава. Выдержка печи дается из расчета 2 мин. на каждый милли­метр диаметра.

4.3.3 По истечении необходимой выдержки образцы, по одному из каждой печи извлекаются и охлаждаются:

1-й пара - в холодной воде;

2-я пара - в масле;

3-я пара - на воздухе;

4-я пара - с печью (после ее выключения).

4.3.4 После обработки на всех образцах измеряется твердость и изучается микроструктура,

Результаты исследования оформляются в виде таблицы и гистограм­мы.

4.4 Содержание отчета