9 Влияние температуры отпуска закаленной

СТАЛИ НА ЕЁ ТВЕРДОСТЬ

(Практическая работа)

9.1 Цель работы

Проанализировать превращения, происходящие в стали при нагреве до различных температур при отпуске. Приобрести навык в проведении отпуска стали. Установить зависи-мость твердости отпущенной стали от температуры нагрева.

9.2 Задание

9.2.1 Изучить справочные данные. Ознакомиться с устройством и работой приборов используемых в работе.

9.2.2 Провести эксперимент и занести полученные данные в таблицу 9.1.

9.2.3 Написать отчёт.

9.3 Оборудование и материалы на рабочем месте

9.3.1 Электрические муфельные печи с различной температурой нагрева (200°С,

400ºС, 600ºС), термопары.

9.3.2 Твердомер Роквелла.

9.3.3 Образцы закаленной, стали 45, У12.

9.3.4 Клещи, бачки с охлаждающей жидкостью.

9.4 План выполнения работы

9.4.1 Описать превращения, происходящие в закалённой стали при нагреве до темпе-ратур отпуска.

9.4.2 Дать определение каждого вида отпуска, указать его назначение и область при-менения

9.4.3 Объяснить образование цветов побежалости, указать соответствие температуры нагрева и цвета.

9.4.4 Определить время нагрева и выдержки образцов для низкого, среднего и высоко-го отпуска по рисунку 8.3. Данные занести в таблицу 9.1.

9.4.5 Провести образцам низкий, средний и высокий отпуск, измерить твердость, по-лученные данные занести в таблицу 9.1.

9.4.6 По полученным результатам построить график зависимости изменения твердо-сти от температуры отпуска.

63

Таблица 9.1 – Протокол испытаний

образец№

1

2

3

4

5

6

			Режим отпуска			Результаты отпуска
Марка	Твердость
		температура	время	цвета	охлажда-	Твердость
стали,	после за-		выдер.				микро-
		нагрева		побежа-	ющая
% C калки, НRC			, мин.			HRC НВ структура
		Т, °С		лости.	среда
45

У12

9.5 Справочные данные

Детали из стали после закалки получают высокую твердость, но обладают низкой ударной вязкостью, имеют большие внутренние напряжения. Чтобы снять внутренние напряжения, перевести структуру в более устойчивое состояние, придать ей требуемые свой-ства после закалки обязательно проводят отпуск.

Отпуск – это вид термической обработки, связанный с нагревом детали до температур ниже критической т. Ас 1 , т.е. до температур, когда начинаются фазовые превращения, вы-держкой при этой температуре и последующим охлаждением. Скорость охлаждения угле-родной стали на структурные изменения не влияет, но при отпуске от 600ºС могут создавать-ся термические напряжения, поэтому детали надо охлаждать медленно, особенно, если они сложной конфигурации.

При отпуске в зависимости от температуры нагрева происходящие процессы можно разделить на три стадии.

Первая стадия происходит при нагреве до 200°С. Она связана с малой скоростью диффузии, из мартенсита выделяются  – карбиды, степень тетрагональности в нем умень-шается, содержание углерода снижается до 0,25%. Такая структура называется отпущенный мартенсит (НRС 60…65).

Вторая стадия наступает при нагреве до температур 200…300°С. При этом остаточ-ный аустенит превращается в отпущенный мартенсит, а мартенсит ещё больше обедняется углеродом.

Третья стадия (при температурах от 300…400°С) заключается в образовании из  – кар бидов цементита. Выделение углерода (т.е. распад мартенсита) почти заканчивается, снимается значительная часть напряжений и искажение решетки. Получается структура тро-остит отпуска.

При дальнейшем повышении температуры от 400 до 700°С происходит коагуляция (объединение), сфероидизация частиц цементита. Эта структура (НRС  30) называется сор-бит отпуска – смесь феррита и округлых частиц цементита. Сорбит отпуска отличается хо-

64

рошим комплексом механических свойств – высоким пределом упругости при достаточной ударной вязкости и твердости. В зависимости от условий работы детали, требуемых свойств назначают определенную температуру нагрева при отпуске. Различают три вида отпуска: низкий, средний и высокий.

Низкий (инструментальный) отпуск проводят с нагревом до 150…200°С, реже до 250°С. Его назначение – понизить внутренние напряжения, сохранив высокую твердость и износостойкость. Деталь после такого вида отпуска (если она не имеет вязкой сердцевины) не выдержит значительных динамических нагрузок. Низкий отпуск применяют для режуще-го и измерительного инструмента из углеродистой и низколегированной стали, а также назначают деталям после поверхностной закалки, цементации, цианирования.

Средний отпуск при 350–500°С применяется, в основном, для рессор, пружин, для штампов. Такой отпуск обеспечивает высокий предел упругости, выносливости при доста-точно высокой твердости. Твердость при среднем отпуске уменьшается процентов на 30, по-лученная структура – троостит отпуска с твердостью HRC 40.

Высокий (высокотемпературный) отпуск связан с нагревом до 500…650°С. При нагреве до таких температур, диффузионные процессы протекают более интенсивно, твер-дость снижается на 50%, полученная структура – сорбит отпуска (HRC  30). Высокий от-пуск создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали. Назначается этот вид от-пуска для деталей, подвергающихся действию высоких напряжений, динамических нагрузок (например, шатуны, шатунные болты двигателей, передние оси автомобилей и др.).

Термическую обработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, называют улуч-шением. Улучшению подвергают среднеуглеродистые (0,3…0,5%C) конструкционные стали,

• которым предъявляются высокие требования к пределу текучести, ударной вязкости. Время нагрева и выдержки при любом виде отпуска зависят от нагревательного

устройства, требуемой температуры нагрева, способа укладки деталей в печи. Его можно определить по графику (рисунок 8.3). Охлаждение можно вести в воде, в масле, на воздухе, так как скорость охлаждения стали, закаленной на мартенсит, влияния на степень распада мартенсита не оказывает.

9.6 Содержание отчёта

• отчёт включаются: цель работы, определение отпуска, его видов с указанием назна-чения и области применения, результаты испытаний (таблица 9.1), график зависимости из-менения твёрдости от температуры отпуска, выводы.

9.7 Вопросы для контроля

9.7.1 Какой вид термообработки называют отпуском?

9.7.2 Какие превращения происходят в стали при различных температурах отпуска?

9.7.3 Виды отпуска, их назначение, получаемые структуры и свойства.

9.7.4 Какое влияние оказывает скорость охлаждения при отпуске?

9.7.5 От чего зависит время выдержки при отпуске?

65