7

Лабораторная работа № 7

Влияние термической обработки на микроструктуру и твердость холоднодеформированной стали

Для успешного выполнения глубокой штамповки, многократной вытяжки при помощи матриц и пуансонов, протяжки через волоки или фильеры проволки, прокатки ленты и т.д., сталь целесообразно подвергать в заготовках предварительному отжигу для сфероидизации цементита с целью максимального смягчения стали и повышения её способности к холодной пластической деформации.

Сфероидизация цементита в стали может быть достигнута путём отжига по различным режимам:

1) циклическим отжигов с колебанием температуры в предела 690 – 730^оС и последующим охлаждением на воздухе;

2) многократным отжигом с нагревом до 720 – 730^ОС и каждый раз полным охлаждением до комнатной температуры;

Рис. 7.1 – Схемы отжига для сфероизидации цементита

3) изотермическим отжигом с нагревом до 730 – 750^ОС, с последующей выдержкой при 680 – 690^ОС, и охлаждением на воздухе;

4) отжигом с непрерывным нагревом и охлаждением в методических печах с максимальной температурой не выше 750^ОС в средней части печи;

На рисунке 7.1 а, б, в приведены графики различных режимов отжига для сферодизации цементита в стали.

Сталь со сферодизированным цементитом имеет высоки пластические свойства. Брак в полуфабрикате и готовых изделий в виде надрывов, царапин, задиров и др. после такого отжига снижается до минимума. В значительной мере повышается при этом стойкость и износоустойчивость инструмента.

Влияние холодной пластической деформации на структуру и свойство стали

После холодной пластической деформации изменяют­ся химические свойства стали. Например, возрастает растворимость стали в кислотах.

Изменяются и физические свойства стали: увеличива­ются удельный объем, электросопротивление и коэрци­тивная сила н снижается магнитная проницаемость.

В результате холодной деформации получается полос­чатое расположение структурных составляющих стали Эта полосчатость усиливает анизотропность механиче­ских и других свойств.

Микроструктура технически чистого железа до де­формации н после нее представлена на рисунке 7.2 , а, б.

Во многих случаях как п полуфабрикатах, так н в готовых изделиях некоторые свойства пали изменяются в нежелательном направлении. Например, наклеп препятствует последующим операциям пластической деформации стали. Внутренние напряжения, анизотропность механических свойств, низкая стойкость против коррозии всегда нежелательны в готовых изделиях.

При изготовлении стальных изделий путем холодной пластической деформации, кроме указанного выше предварительного сфероидизирующего отжига обычно применяют следующие выды термической обработки:

Рисунок 7.2 – Микроструктура технически чистого железа

1. Промежуточный отжиг для снятия наклепа, смягчения металла и рекристаллизации зерна феррита перед последующей операцией холодной пластической дефор­мации.

2. Нормальный отжиг или нормализацию для полной перекристализации с целью устранения крупнозернистосго строения, возникающего при многократных промежуточных отжигах, вследствие рекрестализации.

3. Патентирование в случае обработки проволоки или ленты с целью устранения наклепа, разупрочнения и подготовки структуры стали к дальнейшей пластической деформации).

4. Отпуск готовых изделий с целью снятия внутренних напряжений, увеличения предела пропорциональности с сохранением высоких характеристик прочности.

Цель работы

Целью данной работы является:

1. Изучение влияния холодной пластической деформации на свойства стали.

2. Изучение влияния температуры нагрева и времени выдержки на твердость холоднодеформированной стали.

Методика работы

Образцы для экспериментальной работы изготовляют из стали 10.

Образцы одинаковых размеров нарезают из полос после холодной прокатки с обжатием в 20, 50 и 75 %.

Твёрдость замеряют по Роквелу.

Холоднодеформированные образцы нагревают до 300, 500, 600, 700, 900^ОС.

Продолжительность выдержки при нагреве 10, 30 и 60 мин, последующее охлаждение на воздухе.

Каждые 9 образцов используются для одной температуры, 3-х степеней обжатия и 3-х выдержек (10, 30 и 60 мин).

Полученные данные занесены в табл. 7.1.

Таблица 7.1 Изменение твёрдости (HRB) после отжига при различных температурах в течение 10, 30 и 60 мин. холоднодеформированной на 25, 50 и 75 % стали 10

Температу- ра, 0С	25			50			75
	10	30	60	10	30	60	10	30	60
20	95	95	95	99	99	99	103	103	103
300	95	92	88	97	95	92	100	99	97
500	94	93	92	96	94	92	97	96	95
600	94	91	91	85	80	80	80	80	80
700	76	72	68	78	74	70	79	76	74
900	73	69	66	74	70	67	74	73	71

Примечание: исходная твердость стали 10 до деформации – 80 HRB.

На рисунках 7.3 – 7.6 приведены графические зависимости, полученные на основе экспериментальных данных таблицы 7.1.

Рисунок 7.3 – Зависимость твердости стали от степени обжатия

Рисунок 7.4 – Зависимость твердости стали от температуры отжига

Рисунок 7.5 – Зависимость твердости стали от продолжительности отжига при температуре отжига 300 ⁰С и степени обжатия 25, 50 и 75 %

Рисунок 7.6 – Зависимость твердости стали от продолжительности отжига при температуре отжига 700 ⁰С и степени обжатия 25, 50 и 75 %

Выводы:

1. С увеличением степени обжатия при холодной прокатке твердость стали линейно возрастает вследствие структурных изменений, возникновения текстуры деформации (волокнистой структуры), увеличения плотности дислокаций и др. дефектов. Наиболее интенсивно упрочнение и увеличение твердости стали происходит в начальный момент деформации, при степени деформации до 25 %.

2. С увеличением температуры отжига твердость уменьшается вследствие устранения наклепа (упрочнения), причем наиболее интенсивно разупрочнение происходит при температурах выше 500⁰С, т.е. выше температуры рекристаллизации (0,3 – 0,4 Т_пл).

3. С увеличением времени выдержки в печи при отжиге, твердость стали монотонно снижается, что объясняется более полным прохождением диффузионных процессов в объёме металла и снижению упрочнения.