1. Цель работы.

2. Краткие теоретические пояснения.

3. Методика работы.

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

5. Выводы.

Таблица 4.1 - Твердость и микроструктура исследованных сталей после охлаждения с различной скоростью

Марка стали	Среда охлаждения	Твердость				Микроструктура
		HRB	HRC	HB

4.5 Вопросы для текущего контроля

1. В чем заключаются особенности превращения аустенита при непрерыв­ном охлаждении с различной скоростью?

2. Какие продукты распада аустенита образуются при охлаждении с раз­личной скоростью?

3. Какое влияние оказывает углерод на твердость стали после охлажде­ния с различной скоростью?

4. Как на практике осуществляется непрерывное охлаждение?

5. Как влияет скорость охлаждения на твердость стали?

6. От чего зависит критическая скорость?

7. Что представляют собой термокинетические диаграммы?

Литература

1. Новиков И.И. Теория термической обработки.- М. : Металлургия, 1978.-С. 133-146.

2. Гуляев А.П. Металловедение. -М.: Металлургия, 1978.-С. 234 -258.

3. Блантер М.Е. Теория термической обработки. -М.: Металлургия, 1984.- С. 118 -124.

РАБОТА 3

Определение прокаливаемости стали

8.1 Цель работы

Ознакомиться с существующими методами определения прокаливаемости стали и выяснить факторы, влияющие на прокаливаемость. Определить прокаливаемость двух марок стали методом "торцевой закалки".

8.2 Описание лабораторной работы

Закалка стали сводится к получению мартенситной структуры, обла­дающей наибольшей твердостью среди других возможных структур (перлит­ного или бейнитного типа).

Мартенсит может быть получен только в случае, когда охлаждение стали из аустенитного состояния производится со скоростью равной или выше критической (V_кр).

Критической - называется такая наименьшая скорость охлаждения, которая обеспечивает переохлаждение аустенита до мартенситного прев­ращения.

При охлаждении стальной детали, например, цилиндра в любой сре­де, очевидно, максимальная скорость охлаждения будет наблюдаться на поверхности, а по мере удаления от нее, скорость охлаждения будет уменьшаться до некоторого минимального значения в середине цилиндра. Если допустить, что распределение скоростей по сечению будет описы­ваться кривой типа параболы, показанной на рисунке 8.1, то легко представить, что закалка на мартенсит произойдет только на глубине h , в пределах которой скорость охлаждения V_ох превышала критичес­кую, т.е. где V_ох V_кр.

Таким образом, в результате закалки стального цилиндра закален­ным на мартенсит окажется только слой толщиной h. Центральная же зона диаметром Д_н будет иметь структуру неоднородную по глубине; по мере приближения к центру она будет изменяться от чисто мартенсит­ной до феррито-перлитной (при большом диаметре цилиндра).

За глубину закаленного слоя h обычно принимают глубину залега­ния полумартенситной зоны (50 % мартенсита + 50 % троостита). Очевид­но, что уменьшая диаметр закаливаемого цилиндра, можно найти такой из них, который при охлаждении в данной среде получит мартенситную (или полумартенситную структуру) и в середине цилиндра. В этом слу­чае имеем сквозную закалку. Диаметр максимального сече­ния, при котором в данном охладителе цилиндр закаливается насквозь, называется критическим диаметром.

Таким образом, критический диаметр Д_к, характеризует прокаливаемость стали, т.е. способность принимать закалку на определенную глубину при охлаждении в данном охладителе.

Нетрудно представить, что величина Д_кр зависит от охлаждающей способности закалочной среды, чем она выше, тем больше критический диаметр и наобо­рот. Следовательно, для каждой охлаждающей среды существует свое оп­ределенное значение Д_кр.

Прокаливаемость стали можно изменить путем воздействия на устой­чивость переохлажденного аустенита. Устойчивость переохлажденного аустенита в свою очередь определяет критичес­кую скорость охлаждения (закалки). Чем больше устойчивость аустенита, тем меньше критическая скорость закалки и тем больше прокаливаемость стали.

Таким образом, все факторы, повышающие устойчивость аустенита, уменьшают критическую закалку и в результате - увеличивают прокалива­емость. К таким факторам относятся:

а) Химический состав: углерод, а также легирующие элементы, за исклю­чением Со увеличивают прокаливаемость.

б) Температура аустенитизации: чем выше температура нагрева под закалку, тем крупнее зерно, выше однородность аустенита аустенита и тем выше прокали­ваемость стали.

в) Количество включений в стали: чем меньше включений в единице объе­ма, тем больше устойчивость аустенита (меньше V_кр) и больше про­каливаемость стали.

Прокаливаемость - одна из важнейших технологических характерис­тик стали. Так как высокие механические и эксплуатационные свойства деталей машин могут быть обеспечены только при условии получения од­нородной структуры по сечению, то становится ясной необходимость сквозной прокаливаемости при закалке ответственных деталей машин. От­сюда следует вывод о важности правильного выбора марки стали, что воз­можно только при учете прокаливаемости.

8.З. Методическая разработка занятия

Существуют различные способы оценки прокаливаемости стали:

I. По диаграммам изотермического распада.

2. Методом пробных закалок образцов разного диаметра.

3. Методом торцевой закалки.

Обычно для определения прокаливаемости применяют стандартный ме­тод торцевой закалки. Сущность его заключается в следующем. Образец размерами h= 100 мм; d= 25 мм с головкой: D= 28-30 и h= 3 мм, изготовленный из исследуемой стали нагревается в печи до температур 820-900 °С, в зависимости от состава, с выдержкой 30 мин. С целью предохранения от обезуглероживания торца он устанавливается на гра­фитовую плитку.

Затем образец переносится в закалочное устройство; время пере­носа не должно превышать 5 сек. Схема закалочного устройства приве­дена на рисунке 8.2. Время охлаждения образца под струёй - не менее 10 мин. После этого по образующей сошлифовывается площадка на глу­бину 0,5 мм и через каждые 1,53 мм измеряют твердость по шкале НRС. Твердость полумартенситной структуры зависит от содержания углерода и может быть определена по кривым, приведенным на рисунке 8.3.

На основании результатов измерения строят кривую прокаливаемости в координатах: твердость - расстояние от торца. Для каждой марки стали с учетом разброса результатов измерений получают набор кривых, которые образуют марочную полосу прокаливаемости.

Пользуясь кривыми прокаливаемости с помощью номограммы (рису­нок 8.4), можно определить критические диаметры для различных охлаж­дающих сред.

8.4 Порядок выполнения работы

8.4.1 Уточняется состав обрабатываемых образцов.

8.4.2 Устанавливается температура закалки в зависимости от соста­ва стали.

8.4.3 Производится нагрев образцов с выдержкой в течение 30 мин.

8.4.4 Проверяется работа закалочного устройства. Высота струи воды без образца - 65 мм. Температура воды - 10-25 °С.

8.4.5 По истечении 30 мин. выдержки образец устанавливается на охлаждение: = 10 мин.

8.4.6 Производится заточка образцов на глубину 0,5 мм по длине.

8.4.7 Замеряется твердость по НRС через 1,53 мм.

8.4.8 Строятся кривые прокаливаемости в координатах: твердость - расстояние от торца.

8.4.9 С помощью номограмм определяются значения критических диа­метров для исследуемых марок стали.

8.4.10 Производится сравнение полученных результатов и делается вывод о прокаливаемости исследуемых марок стали. Результаты представ­ляются в виде таблицы 8.1.

Таблица 8.1 -

№	Марка	Твердость на расстоянии от торца, мм
пп	стали	22	44	66	88	110	114	118	222	226	330	334	338	442	446	550	554	558
11. 22.

8.4.11 Получить кривые распределения скоростей охлаждения по сечению цилиндра и оценить прокаливаемость стали.

8.5 Вопросы для текущего контроля

1. Что называется прокаливаемостью стали?

2. Какие факторы определяют прокаливаемость стали?

3. Какие существуют методы определения прокаливаемости?

4. В чем сущность определения прокаливаемости торцевым методом?

5. Можно ли использовать торцевой метод для определения прокаливае­мости стали, у которой критическая скорость равна скорости охлаж­дения на воздухе?

Литература

1. Новиков И.И. Теория термической обработки.- М. : Металлургия, 1978.- С. 233-238.

2. Гуляев А.П. Металловедение. -М.: Металлургия, 1978.- С. 29 3-300.

РАБОТА 4