Лабораторная работа №1 Исследование влияния температуры нагрева на микроструктуру и твердость закаленных углеродистых сталей

Цель работы: научиться выбирать оптимальную температуру нагрева под закалку сталей с различным содержанием углерода.

Материальное обеспечение: снимки микроструктур сталей 40, У8,У12; оборудование для изготовления шлифов; твердомер.

Задачи исследования: изучить влияние температуры нагрева на микроструктуру и твердость сталей после закалки.

Теоретическая часть

Целью любого процесса термической обработки (ТО) является получение желаемой структуры сплава (следовательно, и свойств сплава) путем нагрева до определенной температуры выдержки и последующего охлаждения с определенной скоростью.

В зависимости от уровня полученных механических свойств ТО делят на упрочняющую и умягчающую. К упрочняющим видам ТО относятся различные способы закалки и термомеханическая обработка (ТМО).

Закалка с полиморфным превращением – это операция ТО, включающая нагрев выше температуры фазового превращения и последующее охлаждение со скоростью, превышающей критическую скорость, необходимую для получения мартенситной структуры.

Рис. 1.1

Применительно к стали, нагрев под закалку должен осуществляться выше критических точек и , а последующее быстрое охлаждение должно быть таким, чтобы предотвратить распад аустенита на феррито-цементитную структуру.

Выбор оптимальной температуры нагрева под закалку является одним из главных условий, обеспечивающих высокое качество закалки.

При закалке доэвтектоидных сталей до температур, лежащих в межкритическом интервале ( - , в структуре наряду с мартенситом будет находиться феррит, который снижает твердость закаленной стали. Такая закалка называется неполной и применяется очень редко, в основном для низкоуглеродистых сталей с целью получения высокой технологической пластичности. Следовательно, доэвтектоидные стали целесообразно нагревать под закалку до температур + 30…50°С.

Неконтролируемый рост аустенитных зерен при нагреве называется перегревом.

Пережог – выделение по границам зерен аустенита легкоплавких соединений (как правило сульфидов).

Перегрев является устранимым , а пережог неустранимым дефектом ТО.

В заэвтектоидной стали при закалке от температур выше , но ниже , наряду с мартенситом будет находиться цементит.

Наличие в структуре закаленной стали избыточного цементита во многих отношениях полезно. Например, включение избыточного цементита повышает износостойчивость стали.

Нагрев заэвтектоидных сталей производят до температуры: +30…50°С.

Рис. 2.2

Нагрев заэвтектоидной стали выше температуры нецелесообразен, т.к. он не только не повышает твердость стали после закалки, а наоборот снижает ее твердость вследствие растворения избыточного цементита. Кроме того, при нагреве выше температуры растет зерно аустенита, интенсивнее происходит обезуглероживание стали с поверхности, увеличивается расход газа и электроэнергии, увеличивается опасность возникновения высоких закалочных напряжений.

Нагрев доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей до температур, значительно превышающих температуры и приводит к перегреву и дальнейшему пережогу стали. Перегретая сталь в закаленном состоянии характеризуется грубым крупноигольчатым строением и низкими механическими свойствами.

При нагреве происходит образование легкоплавких прослоек по границам аустенитных зерен, сталь при этом становится непригодной для использования.

Для углеродистых сталей температуру закалки определяют по диаграмме железо-углерод.

Порядок выполнения работы