Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Пособие по лаб работам.doc
Скачиваний:
261
Добавлен:
21.03.2015
Размер:
5.52 Mб
Скачать

Определение температуры критической точки Ас3 в углеродистой конструкционной стали.

Цель работы: ознакомиться с методикой определения критических точек в стали. Определить точку Ас3 в углеродистой конструкционной стали.

Краткие сведения из теории.

Научные основы термической обработки были впервые разработаны великим русским металлургом Д.К. Черновым, открывшим в 1868 г. структурные превращения в стали. Режимы термической обработки стали связаны с критическими точками.

Точки, соответствующие температуре превращения одной фазы в другую называются критическими точками, обозначающимися буквой А с индексами c и r (c - при нагреве, r - при охлаждении) и цифрами. Например, Ас3 при нагреве (или Аr3 - при охлаждении).

Для сталей характерны следующие критические точки. Нижняя критическая точка, обозначаемая А1, лежит на линии PSK и соответствует превращению аустенит ↔ перлит (рис.1). Верхняя кри­тическая точка А3, лежит на линии GSЕ и соответствует началу выпадения или концу растворения феррита в доэвтектоидных сталях или цементита (вторичного) в заэвтектоидных сталях (рис.1).

Из-за температурного гистерезиса превращения при нагревании стали начинаются при температурах несколько выше критических точек, а при охлаждении - ниже этих точек.

Критические точки важно знать не только для характеристики превращений, но и для выполнения таких операций термической обработки стали как отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Проводя механическую или термическую обработку сплава (в том числе и стали) важно помнить связь: химсостав - структура - свойства. Свойства являются функцией структуры. Если структура не меняется в процессе любой обработки - следовательно, не меняются и свойства.

Для широко применяемых сталей в промышленности критические точки определены и представлены в технической литературе. Но критические точки одной стали, но разных плавок могут несколько отличаться, что обусловлено отклонением легирующих элементов и примесей от среднего состава.

Рис. 1. «Стальной участок диаграммы состояния железо-цемент.

Студенту, который, прослушав теоретический материал, связанный с закалкой стали, полезно, даже необходимо познакомиться на практике с технологией выполнения закалки и таким методом определения критических точек при нагревании стали как метод пробных закалок.

При закалке углеродистых сталей образуется структура, которую называют мартенситом. Мартенсит представляет собой перенасыщенный твердый раствор углерода в Fe.

Растворимость углерода в Fe при комнатной температуре очень мала (по разным литературным источникам составляет от 0,005 до 0,01 %С). В мартенсит переходит весь углерод, который был растворен в исходном аустените. Поэтому мартенсит является метастабильным перенасыщенным твердым раствором углерода в Fe . Внедренные атомы углерода между атомами железа делают решетку ОЦК тетрагональной.

Порядок выполнения работы

1. Каждый студент получает образец из стали 45 (сталь 45 можно заменить любой маркой качественной среднеуглеродистой стали). Студенты делятся преподавателем на небольшие группы по 3-4 человека, для каждой из которой преподаватель назначает температуру нагрева образцов под закалку.

2. Студенты записывают в таблицу 1 марку стали, исходную структуру и твердость образцов по Роквеллу, рассчитанную как среднеарифметическое значение в каждой группе и температуру нагрева под закалку.

Таблица 1

Марка стали

Исходная структура

Исходная твердость

Температура нагрева стали под закалку, 0С

Твердость стали после закалки

Структура стали после закалки

По Роквеллу

По Роквеллу

HRB

HRC

HRB

HRC

1

550

2

700

3

740

4

830

3. Производится нагрев образцов в печах до температур 550 0С , 700 0С, 740 0С и 830 0С. Образцы выдерживаются при указанных температурах в среднем 1 мин на 1 мм толщины образца и закаливаются в воде. Каждый студент калит один образец.

4. Отшлифовать оба торца у всех закаленных образцов, измерить твердость по Роквеллу и полученные данные занести в таблицу 1.

5. Используя теоретический материал и диаграмму состояния «железо-цементит», указать для образцов, нагреваемых до различных температур, структуру, образующуюся в результате нагрева и выдержки и структуру – в результате закалки.

6. Используя значения твердости образцов, полученных в результате закалки от различных температур построить график в координатах «твердость - температура закалки» (рис.2).

HRC

0

t, 0C

Рис. 2. Влияние температуры закалки на твердость закаленной стали.

7. Температура 830 0С для стали является критической точкой А3 +50 0С. Укажите, почему именно температура А3 + 30 ÷50 0С является оптимальной температурой нагрева под закалку для доэвтектоидных сталей.

Контрольные вопросы.

1. Какую структуру имеют углеродистые конструкционные стали в состоянии поставки или отожженном состоянии?

2. Каково значение полиморфных превращений в железе и связь их с закалкой стали?

3. Назовите оптимальную температуру нагрева для каждой марки доэвтектоидной стали.

4. Укажите причину пятнистой закалки. Почему пятнистая закалка не желательна?

5. При какой скорости охлаждения доэвтектоидных углеродистых сталей образуется мартенсит?

6. Какие структуры получаются в результате закалки углеродистых доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей?

7. Почему заэвтектоидные углеродистые стали подвергают неполной закалке?

8. Назовите температуру нагрева углеродистых инструментальных сталей под закалку.

9. Поясните, есть ли смысл подвергать закалке низкоуглеродистые качественные конструкционные стали?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9