2. По правилу рычага (отрезков) рассчитать количество перлита, содержащегося в структуре стали 65.

Рис. 2. Диаграмма состояния системы железо-цементит.

Сталь 65, содержащей 0,65% С, с помощью правила отрезков можно определить количество фаз. Для этого необходимо провести линию (каноду), параллельную оси концентрации, до пересечения с основными линиями диаграммы, ограничивающими данные точки. Точки пересечения обозначим как d и f. Точки пересечения укажут концентрацию фаз: т. d соответствует 0.006% С, т. f – 0.8% С.

Обозначим общее количество фаз в точке e (0,65% С), как Q = 100%. Согласно правилу отрезков, для того, чтобы определить количество твердой фазы, необходимо взять отношение противолежащего отрезка каноды к длине всей каноды. Следовательно,

Ответ: Q_Ф = 18,9%; Q_П = 81,1%; С_Ф = 0.006%С; С_П = 0.8%С.

3. Углеродистая сталь У8 после закалки и отпуска имеет твердость 55…60 HRC. Используя диаграмму состояния Fe-C и учитывая превращения, происходящие в стали при отпуске, выберите температуру закалки и температуру отпуска. Опишите превращения, которые происходят при выбранных режимах термической обработки и окончательную структуру.

Содержание углерода в стали У8 составляет 0,75-0,84%, поэтому эта сталь может быть доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной концентрации. Следовательно, исходная структура может состоять из перлита и феррита, или перлита, или перлита и цементита.

До температуры Аc₁ сохраняется исходная структура. При температуре Аc₁ происходит превращение перлита в аустенит с содержанием углерода 0,8%. При нагреве выше точки Ас₁ происходит растворение цементита в аустените (в соответствии с линией SE). Увеличение температуры выше точки Ас_m вызывает рост зерна аустенита. Критические точки для стали У8: Аc₁ = 720°С; Аr₁ = 700°С.

Закалка – термическая обработка, которая заключается в нагреве стали до температуры выше критической (Ас₃ для доэвтектоидной и Ас₁ – для заэвтектоидной сталей) или температуры растворения избыточных фаз, в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.

Для закалки сталь У8 нагревают на 50-70°С выше точки Ас₁. Таким образом, температура нагрева под закалку составляет 780-800°С. При этих температурах в стали наряду с аустенитом может присутствовать цементит (при заэвтектоидной концентрации). Охлаждающая среда при закалке – индустриальное масло. В результате закалки из аустенита образуется неустойчивая, метастабильная структура мартенсит. Структура после закалки – мартенсит (при доэвтектоидной и эвтектоидной концентрации) или мартенсит + цементит (при заэвтектоидной концентрации). Твердость стали У8 после закалки свыше 63 HRC_э.

Для снятия напряжений и стабилизации структуры после закалки изделия подвергают низкому отпуску и достижения твердости 55 – 60 HRC при 200 – 300^оС. Низкий отпуск снижает закалочные макронапряжения, мартенсит закалки переводится в отпущенный мартенсит, повышается прочность и немного улучшается вязкость без заметного снижения твердости. При отпуске уменьшается степень тетрагональности кристаллической решетки мартенсита вследствие выделения из нее углерода в виде ε-карбида. Более высокие температуры применять не следует, так как это приводит к снижению твердости, статической и усталостной прочности, износостойкости изделий. Структура стали У8 – отпущенный мартенсит (при доэвтектоидной и эвтектоидной концентрации) или отпущенный мартенсит + карбиды (при заэвектоидной концентрации).