4. Порядок выполнения работы

1. Определить температуру заданного преподавателем вида отпуска и занести ее значение в табл.1.

Таблица 1

№ образца	Марка стали	Вид отпуска	Температура нагрева	Время выдержки в печи, мин	Твердость по HRC		Структура после отпуска
					до отпуска	после отпуска

2. Определить время выдержки образца при выбранной температуре.

3. Провести отпуск образцов.

4. Зачистить шлифовальной шкуркой торцы отпущенных образцов.

5. Определить на твердомере по шкале С твердость отпущенных образцов и полученные результаты занести в табл. 1.

6. Занести в таблицу результаты замера твердости, полученные студентами других звеньев.

7. Построить зависимость HRC=f() для стали 45 и объяснить причины падения твердости.

8. Схематически зарисовать структуру после всех видов отпуска и описать процессы, протекающие в углеродистой стали при низком, среднем и высоком отпуске.

5. Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Таблица.

3. График зависимости HRC=f().

4. Схематически зарисованные структуры после низкого, среднего и высокого отпуска с описанием процессов, протекающих в углеродистой стали при каждом отпуске, и указанием области применения этих видов отпуска.

6. Контрольные вопросы

1. После какой термической обработки проводится отпуск?

2. В чем заключается распад мартенсита и при каком виде отпуска он заканчивается?

3. От каких факторов зависят свойства отпущенной стали?

4. При какой температуре отпуска обеспечивается максимальная твердость?

5. Какова разница в строении тростита и сорбита после закалки и после отпуска?

6. При каком виде отпуска идет коалесценция и сфероидизация цементитных частиц?

7. Какая структура формируется при низком, среднем и высоком отпуске?

8. Что такое улучшение стали?

9. На какие фазы распадается мартенсит при отпуске?

10. Чем отличается тростит отпуска от сорбита отпуска?

11. Чем отличается мартенсит закалки от мартенсита отпуска?

12. Какому виду отпуска подвергаются инструментальные стали, ра­ботающие в условиях ударной и безударной нагрузок?

13. Какому виду отпуска подвергаются рессоры и пружины?

Лабораторная работа № 8

Отжиг и нормализация стали

1. Цель работы

1. Научиться определять температуру отжига и нормализации стали по диаграмме железо-углерод, освоить технологию их проведения.

2. Изучить влияние отжига и нормализации на формирование структуры и свойств углеродистой стали.

2. Приборы, материалы, учебные пособия

1. Термические печи, гальванометры, термопары.

2. Твердомер типа Роквелл.

3. Закалочный бак с водой, клещи.

4. Набор образцов.

5. Альбом микроструктур.

3. Превращение при отжиге

Цель любого процесса термической обработки состоит в том, чтобы нагревом до определенной температуры и последующим охлаж­дением вызвать требуемое изменение строения металла и получить заданные свойства. Если охлаждение ведется медленно, то превра­щение аустенита в смесь перлита и феррита пройдет достаточно полно вследствие развития диффузионных процессов, и фазовый сос­тав будет соответствовать равновесному состоянию. Например, струк­тура, состоящая из крупных зерен феррита и перлита, какая часто бывает после литья и ковки, в результате термической обработки будет состоять из мелких зерен феррита и перлита (альбом, рис. 1). Основой для изучения термической обра­ботки стали является диаграмма железо-углерод (рис. 1).

Общепринятые обозначения критических точек:

Ас₁ – соответствует линии РSК,

Ас₃ – соответствует линии GS,

Ас_m – соответствует линии ES.

Отжиг заключается в нагреве стали до определенной температуры, выдержке и последующем медленном охлаждении с печью со ско­ростью 20-30 град/ч.

Вследствие медленного охлаждения сталь приобретает структу­ру, близкую к равновесию. Следовательно, после отжига углеродис­той стали получаются структуры, указанные на диаграмме железо-углерод (альбом, рис. 1):

доэвтектоидная сталь – феррит + перлит,

эвтектоидная сталь – перлит,

заэвтектоидная сталь – перлит + цементит.

Рис. 1. Левая часть диаграммы железо-углерод. Указана температура нагрева

при разных видах термической обработки

Различают следующие виды отжига:

Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30...50°С выше линии (GS), выдержке при этой температуре для пол­ного прогрева металла и завершения фазовых превращений и последу­ющем медленном охлаждении. Сопровождается полной фазовой пере­кристаллизацией (ФА).

Скорость нагрева при термической обработке зависит от хими­ческого состава, формы и размеров изделий. Чем сложнее форма, больше размер изделия, выше содержание углерода и легирующих эле­ментов, уменьшающих теплопроводность, тем медленнее следует наг­ревать сталь, чтобы избежать возникновения трещин за счет терми­ческих напряжений, образующихся вследствие разности температур внутренних и наружных слоев детали или заготовки.

Полный отжиг применяется для смягчения стали перед обработ­кой резанием, для снятия напряжений и устранения пороков струк­туры. Например, при литье и сварке образуется крупнозернистая структура с игольчатым ферритом и пониженными механическими свойствами, которая получила название видманштеттовой, при горячей пластической деформа­ции наблюдается неоднородное распределение феррита вокруг зерен перлита, что резко снижает прочность стали; при большой степени холодной пластической дефор­мации образуется строчечная структура, которая ведет к анизотропии, т. е. различию свойств металла вдоль и поперек волокон.

Неполный отжиг отличается от полного тем, что сталь нагре­вается до температуры выше Ас₁, но ниже Ас₃. Полной фазовой пере­кристаллизации не происходит, следовательно, устранить дефекты структуры, связанные с нежелательным размером и формой зерна, невозможно.

Неполный отжиг для доэвтектоидной стали применяется для сня­тия напряжений и улучшения обрабатываемости и позволяет экономить тепловую энергию.

Заэвтектоидная сталь не отжигается по режиму полного отжига с нагревом выше Ас_m, так как при медленном охлаждении выделя­ется грубая сетка вторичного цементита, которая ухудшает механи­ческие свойства стали. Для заэвтектоидной стали применяется не­полный отжиг. При нагреве до Ас₁+(30...50)°С в аустените остает­ся большое число нерастворившихся включений цементита перлита, которые способствуют образованию зернистого перлита при охлажде­нии. Инструментальная сталь со структурой зернистого перлита обладает наименьшей твердостью, наилучшей обрабатываемостью резанием и менее склонна к перегреву при закалке.

Изотермический отжиг заключается в нагреве стали до Ас₃+(30...50)°С и выдержке при этой температуре. Затем деталь быстро переносится в печь или ванну с жидкой разогретой солью или рас­плавленным свинцом с температурой 690...700°С (ниже Ас₁) и выдерживается до полного распада аустенита. Последующее охлаждение производится на воздухе.

Так как аустенит распадается в печи или в ванне при постоян­ной температуре, то получается более однородная структура. Меха­нические свойства при изотермическом отжиге получаются почти та­кими же, как и при полном отжиге. Преимущество изотермического отжига – в сокращении продолжительности отжига почти вдвое за счет этапа охлаждения и получении более однородной структуры и свойств по сечению изделия.

Изотермическое превращение аустенита доэвтектоидной стали описывается диаграммой (рис. 2в).

Линия 1 – начало превращения переохлажденного аустенита с образованием феррита.

Линии 2, 3 – начало и конец превращения переохдажденного аустенита с образованием ферритоцементитной смеси (перлита).

Линии М_н и М_к – начало и конец мартенситного превращения (АМ).

Рис. 2. Схема термообработки доэвтектоидной стали:

а) левая часть диаграммы железо-углерод;

в) диаграмма изотермического превращения аустенита;