2474

Изотермическое превращение аустенита в доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях отличается от превращения в эвтектоидной стали тем, что в верхнем интервале температур сначала выделяются избыточные фазы – феррит (в доэвтектоидной), рис. 11а, или цементит (в заэвтектоидной), рис. 11в. Начало выделения избыточных фаз показано на диаграммах дополнительными кривыми. Следует отметить также, что увеличение содержания углерода в аустените доэвтектоидной стали повышает его устойчивость, о чем говорит сдвиг вправо кривых изотермической диаграммы (рис. 11а).

Рис. 11. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита: а – доэвтектоидная сталь (0,45 % С); б- эвтектоидная сталь (0,8 % С); в – заэвтектоидная сталь (1,2 % С)

1.5. Выбор температуры закалки

На практике температура закалки определяется по диаграмме состояния Fe – Fe3C в зависимости от содержания углерода (рис.12). Температура закалки доэвтектоидных сталей (С < 0,8%) – tзак = А3 + (30 - 50) ºC, а для заэвтектоидной стали (С > 0,8%) – tзак=А1 + (30 - 50) ºC. Критическая температура А1 располагается на линии PSK (727 ºC), а температура А3 – на линии GS диаграммы состояния.

Рис. 12. Температуры нагрева углеродистых сталей под закалку. Заштрихована область оптимальных температур.

1.6. Отпуск углеродистых сталей

Сущность отпуска – нагрев закаленной стали до температуры ниже А1 (727 ºC), выдержка и охлаждение с любой скоростью. Вид отпуска и его назначение определяются температурой нагрева.

Низкий отпуск (150 – 250) ºC применяется для повышения твердости и износостойкости поверхностного слоя деталей, испытывающих трение в процессе работы (зубья зубчатых колес, кулачки распределительных валов, режущий и измерительный инструмент и т.д.). В процессе нагрева закаленной стали из мартенсита выделяется часть углерода в виде Fe3C.

Уменьшение количества растворенного углерода снижает тетрагональность мартенсита, внутренние напряжения и твердость. Структура стали после низкого отпуска – мартенсит отпуска (рис. 13а).

Средний отпуск (300 – 500) ºC используется для получения в деталях высокого предела упругости, текучести (пружины, рессоры, мембраны и т.д.). При нем завершается распад мартенсита, из которого выделяется весь избыточный углерод. Образовавшаяся механическая смесь феррита и цементита имеет зернистое строение (рис. 13б) и называется трооститом отпуска. Полностью снимаются внутренние напряжения, вызванные мартенситным превращением.

Высокий отпуск (550 – 680) ºC служит для получения хорошего сочетания прочностных и вязкостных свойств в деталях, работающих на ударные, знакопеременные, вибрационные и циклические нагрузки (валы, зубчатые колеса, шатуны двигателей и т.д.) в указанном интервале температур ферритно-цементитная смесь троостита отпуска коагулирует с образованием более крупной зернистой ферритно-цементитной смеси, называемой сорбитом отпуска (рис. 13в). Закалку и высокий отпуск

называют улучшением, а стали, подвергаемые улучшению, называются улучшаемыми. Обычно они содержат (0,3 - 0,5) % С (стали 30, 35, 40, 45, 50).

Рис. 13. Микроструктуры отпущенной стали (0,6 % С), х 500: а – мартенсит отпуска; б - троостит отпуска; в - сорбит отпуска

2.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.1.Изучить теорию процессов термического упрочнения с анализом микроструктур

2.2.Определить структуру стали (марку задает преподаватель из приложения 1) после ее непрерывного охлаждения по диаграмме распада аустенита. При этом ответить на вопросы:

-в каких условиях должна работать деталь;

-структура стали перед закалкой;

-условия и последовательность процесса упрочнения стали (температура ее закалки, закалочная среда, структура при температуре закалки, структура после закалки, режим отпуска (температура, скорость охлаждения, структура после отпуска, ориентировочная твердость).

2.3.Три образца из стали У8 нагреть в электропечи до температуры закалки и охладить каждый в воде, минеральном масле и на воздухе. Замерить твердость образцов после охлаждения и определить структуру. Занести данные в табл. 2.

2.4 Закаленные образцы из стали У8 подвергнуть отпуску при температурах 200, 400, 600 ºC с охлаждением на воздухе. Замерить твердость образцов после отпуска. Определить структуру. Полученные данные занести в табл. 3.

2.5. Сделать выводы по проделанным экспериментам.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Цель и сущность закалки?

2.Что такое перлит, сорбит, троостит, бейнит, мартенсит?

3.Условие закалки?

4.От чего зависит скорость охлаждения детали и критическая скорость закалки стали?

5.Температура закалки стали в зависимости от содержания углерода в стали?

6.Причина возникновения паровой пленки вокруг детали при ее погружении в охлаждающую жидкость во время закалки. Как устранить паровую пленку?

7.Структура стали после закалки?

8.Цель и сущность отпуска?

9.Назначение, температура, скорость охлаждения и структура низкого отпуска?

10.Назначение, температура, скорость охлаждения и структура среднего отпуска?

11.Назначение, температура, скорость охлаждения и структура высокого отпуска?

Приложение 1

Произвести упрочнение детали:

1.вал редуктора из стали 50;

2.пружина из стали 65;

3.зубья зубчатого колеса из стали 30;

4.кулачок распределительного вала из стали 45;

5.рессора из стали 55;

6.буксирный крюк из стали 40;

7.сверло из стали У10А;

8.рабочая часть сверла из стали У12А;

9.коленчатый вал из стали 35;

10.мембрана из стали 60;

11.шарик для пресса Бринелля из стали У9А;

12.шарик шарикоподшипника из стали У11А;

13.рабочая часть зубила из стали У8А;

14.шаровая опора из стали 35;

15.ось из стали 60;

16.втулка из стали У10А;

17.втулка из стали У7А.

Библиографический список

1.Волков, Г.И. Материаловедение / Г.И. Волков. М.: Издательский центр «Академия», 2008. 400 с.

2.Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов / Г.П. Фетисов. М..: Высшая школа, 2005. 862 с.

2.Лахтин, Ю.М. Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.

3.Антикайн, П.А. Металловедение: Учебник для учащихся техникумов / П.А. Антикайн.

М.: Металлургия, 1972. 256 с.

4.Геллер. Ю.А. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные работы и задачи: Учеб. пособие для вузов / Ю.А. Геллер, А.Г. Рахштадт. М.: Металлургия, 1989. 456 с.

5.Солнцев, Ю.П. Материаловедение: Учебник для вузов / Ю.П. Солнцев, Е.И. Пряхин. СПб.: Химиздат, 2004. 736 с.

Учебное издание

ИЗУЧЕНИЕ РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯДЕТАЛЕЙ ИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Материаловедение»

Составители: Валентин Иванович Матюхин, Владислав Викторович Евстифеев, Михаил Сергеевич Корытов

Отпечатано в авторской редакции

Подписано к печати __.__.2011 Формат 60 × 90 1/16. Бумага офсетная Гарнитура Times New Roman

Отпечатано на дупликаторе.

Усл. п. л. 1,0 , уч.-изд. л. 1,0

Тираж 300 экз. Заказ Цена договорная