Технология конструкционных материалов

1. Особенности формирования структуры при различных видах термической обработки стали

Структура сплавов, в основном, определяется термической обработкой, заключающейся в нагреве сплавов до различных температур и охлаждении ихс различными скоростями. При этомихсвойства изменяются в широких пределах. Увеличивая скорость охлаждения, можно такпереохладитьвысокотемпературнуюфазу, чтопоявляютсяновыеметастабильные фазы, которые не указаны на диаграмме фазового равновесия, как, например, при закалке.

Закалку стали мы рассматривали в предыдущей работе, однако закалка не является окончательной операцией, так как закаленная сталь является чрезвычайно хрупкой и содержит значительные по величине остаточныенапряжения. Поэтомудляихчастичногоилиполногоснятия проводится термическая обработка, называемая отпуском стали.

2. Отпуск стали

Процесс нагрева закаленной стали до температуры ниже Ас1 с соответствующей выдержкой и последующим охлаждением называется отпуском. В результате отпуска сталь получает требуемые механические свойства, снижаются внутренние напряжения. Получающийся при закалке мартенсит неустойчив и начинает распадаться уже при комнатной температуре. С повышением температуры отпуска этот процесс ускоряется. Температураивремявыдержкиоказываютзначительноевлияние на получаемые свойства. Различают три вида отпуска.

Низкотемпературный отпуск проводят с нагревом до 150...250 °С. Из мартенсита выделяется углерод в виде карбида железа переменного состава. Такой мартенсит называется мартенситом отпуска. Низкий отпуск повышает прочностьи улучшаетвязкостьбез снижения твердости, поэтомунизкотемпературномуотпускуподвергаютрежущийимерительныйинструмент, атакжедетали, прошедшиеповерхностнуюзакалкуили цементацию. С повышением температуры процесс выделения углерода из мартенсита ускоряется, и при температурах 350...400 °С весь избыточныйуглеродвыделяетсяизмартенсита ввидецементитаFe3С, а мартенситпревращаетсявферрит. Такимобразом, образуетсямеханическая смесь феррита ицементита. Дисперсность этой смеси зависитот темпе-

ратурыотпуска, таккакс повышениемтемпературыотпуска начинается коагуляция (укрупнение) карбидов. Структура стали после среднего отпуска (300...500 °С) называется трооститом отпуска. Среднему отпуску подвергаютдетали, откоторыхтребуютсявысокиеупругиесвойства(рессоры, пружины).

Структура после высокого отпуска (500...650 °С) называется сорбитом отпуска. Таким образом, троостит, сорбит и перлит – это феррит- но-цементитныемеханическиесмеси, отличающиесядруготдругалишь дисперсностью карбидных частиц, а следовательно, и механическими свойствами. Высокий отпуск полностью снимает внутренние напряжения и значительно повышает ударную вязкость. Прочность и твердость приэтомснижаются, ноостаютсязначительноболеевысокими, чемпосле отжига, поэтомувысокий отпуск создаетнаилучшее соотношение прочностиивязкостистали. Закалкасвысокимотпускомпосравнениюсотжигом повышает также пределы прочности и текучести, относительные удлинение и сужение (пластичность) и ударную вязкость. Объясняется это тем, что структуры, получающиеся при распаде аустенита в процессе его охлаждения, имеют пластинчатое строение, а структуры, образующиеся при распаде мартенсита и аустенита, при нагреве имеют зернистоестроение. Термическаяобработка, состоящаяиззакалкиивысокого отпуска, называется по этим причинам улучшением. Улучшению подвергаются ответственные детали, испытывающие статические, ударные и знакопеременные нагрузки.

Практическая часть разделавыполняется следующим образом:

1.Студенты делятся на группы по 4–6 человек. Каждая подгруппа получает по одному образцу из конструкционной стали.

2.Выданные образцы подвергаются закалке. Закалка должна проводитьсябыстро ичетко, чтобы образец не успел охладиться итемпература закалки соответствовала температуре его нагрева. Образцы, опущенные с помощью щипцов в воду, перемещают в ней (не извлекая из воды!) для разрушения образующейся паровой рубашки.

3.Закаленные образцы испытывают на твердость, после чего их помещают в печь и подвергают отпуску при температуре 200, 400

и600 оС.

4.После отпуска образцы подвергаются испытаниям на твердость на приборе Роквелла. Данные испытаний заносятся в таблицу, на основании которых строится график изменения твердости от температуры отпуска.