Старение

Старение – это процесс изменения структуры и свойств сплавов в результате распада пересыщенных твердых растворов. Пересыщенные твердые растворы образуются в результате закалки или переохлаждения сплавов из однофазной области в двух или многофазную область, когда растворимость одного компонента сплава в другом уменьшается при понижении температуры.

Такая ситуация, например, реализуется при быстром охлаждении с 650 – 700 °С низкоуглеродистой стали. Выделение избыточного углерода в виде третичного цементита из феррита задерживается. В результате чего образуется пресыщенный α – твердый раствор.

В процессе вылеживания этот углерод будет стремиться выделиться из раствора. Поскольку скорость диффузии углерода при комнатной температуре достаточна, то в результате длительной выдержки он выделяется в виде цементита третичного. При этом твердость и прочность после закалки возрастают, а характеристики пластичности и ударная вязкость падают. Несмотря на невысокое содержание углерода в стали повышение твердости может достигать 50%. Такое повышение твердости, обусловленное распадом пересыщенного раствора, называется дисперсионным твердением. Дисперсионное твердение помимо стали наблюдается в ряде других сплавов, где растворимость одного элемента в другом изменяется с температурой.

Если изменение твердости, прочности и пластичности осуществляется при комнатной температуре, то такое старение называется естественным, а если же процесс протекает при повышенной температуре, то старение называется искусственным.

С повышением температуры нагревав интервале температур старения увеличивается скорость диффузионных процессов, что значительно сокращает длительность старения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется термической обработкой металлов и для чего она применяется?

2. Какие виды термической обработки вы знаете?

3. Что называется отжигом стали?

4. Какие виды отжига существуют?

5. В чем отличия отжига I рода от отжига II рода?

6. Какой процесс называют нормализацией?

7. В чем сущность закалки стали?

8. Что понимают под закаливаемостью и прокаливаемостью стали?

9. Перечислите способы закалки сталей?

10. Что называется отпуском стали?

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Изучить теоретическую часть.

2. Выбрать вариант задания в соответствии с порядковым номером фамилии в журнале группы.

3. Используя диаграмму системы «Fe – C» указать значения критических точек (Ас₃, Аст) для сталей, указанных в варианте задания и определить температуры нагрева для нормализации и закалки этих сталей (Табл. 1).

4. Найдите в справочной литературе диаграммы распада переохлажденного аустенита для указанных в задании сталей. Проведите их сравнительный анализ и укажите как легирование влияет на распад аустенита.

5. Используя термокинетические кривые распада аустенита, определите величину скоростей охлаждения при закалке указанных в задании сталей.

6. Назначьте режимы нормализации, закалки и отпуска, указанных в задании сталей.

7. Опишите и зарисуйте структуру сталей, сформировавшуюся после термической обработки, а также укажите полученные по справочнику механические свойства стали.

8. Письменно ответьте на 2 теоретических вопроса, указанных в таблице 2.

9. Оформите отчет

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Тема работы.

2. Диаграмма распада переохлажденного аустенита двух указанных в задании сталей.

3. Описание режимов нормализации, закалки и отпуска для двух заданных сталей.

4. Описание и рисунки структур, получившихся в сталях, после выбранных режимов термической обработки.

5. Ответы на теоретические вопросы.

6. Вывод по работе.

Таблица 1

Варианты заданий

№ варианта	Стали
1	15	15ХФ
2	20	20ХГ
3	35	35Г2М
4	40	40Х
5	45	45Х3
6	60	60ХГСФ
7	У9	9Х2МФ
8	15	15Х
9	50	50Н5
10	40	40ХС
11	45	45ХН
12	50	50ХГНМ
13	55	55ХМФ
14	60	6ХВ2С
15	У9	9ХВГ
16	У10	ХВГ
17	30	30Г2М
18	60	6Х2Н3М
19	У9	9ХФ
20	50	5ХНМ
21	У8	Р18
22	45	45ХСМ
23	50	50ХГНМ
24	20	2М3
25	50	5ХНВС

Таблица 2

Варианты теоретических вопросов

№ варианта	Вопросы
1	2
1	Что называется термической обработкой металлов и для чего она применяется? Какую кристаллическую решетку имеет мартенсит?
2	Какие виды термической обработки вы знаете? Как называется структура, представляющая собой перенасыщенный твердый раствор углерода в α – железе?
3	Что такое мартенсит? Как называется термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска?
4	Перечислите способы закалки. Какой структурный состав приобретает доэвтектоидная сталь после закалки от температуры выше Ас1, но ниже Ас3?
5	Перечислите продукты распада охлажденного аустенита? Как называется термическая обработка, состоящая в нагреве закаленной стали ниже Ас1, выдержки и последующем охлаждении? Назовите виды такой термообработки?
6	Почему существуют три вида отпуска, каковы их режимы? Что такое точки Ас3 и Аст?
7	Какие детали подвергаются нормализации и почему? Что такое закаливаемость и прокаливаемость?
8	Что такое бейнит? Какой вид отжига следует применить для снятия деформационного упрочнения и почему?
9	Укажите и поясните какие виды дефектов могут возникнуть в сплаве при закалке? От чего зависит количество остаточного аустенита в закаленной стали?
10	С какой целью проводится отпуск стали? Что такое критическая скорость закалки?
11	Перечислите охлаждающие среды для отпуска? Как влияет содержание углерода в Сталина критическую скорость закалки?
12	Какие виды отжига существуют и чем они отличаются? Чем отличаются перлит, сорбит и троостит? Что является причиной этого отличия?
1	2
13	Перечислите виды отжига II рода. Как влияет скорость охлаждения при закалке на температуру начала мартенситного превращения?
14	Что такое прокаливаемость? Как влияет большинство легирующих элементов на мартенситное превращение?
15	Перечислите охлаждающие среды для закалки? Как влияют большинство легирующих элементов на прокаливаемость стали?
16	Что называется закалкой и по какому принципу выбирается температура нагрева под закалку? Чем объясняется, что троостит обладает большей твердостью, чем сорбит?
17	Что такое верхняя критическая скорость закалки? Какова цель диффузионного отжига?
18	Какие изменения происходят в структуре стали при охлаждении со скоростями в интервале между верхней и нижней скоростями закалки? Как называется термическая обработка, состоящая в насыщении поверхности стали углеродом? С какой целью проводят такую термообработку?
19	Что определяет дисперсность феррито-карбидной смеси, образующейся при непрерывном охлаждении? Что такое карбюризатор?
20	Какие виды отпуска существуют и чем они отличаются? Что такое точка Аст и какой линии диаграммы Fe – C соответствует эта точка?
21	Можно ли сравнить прокаливаемость сталей по С – образным кривым распада переохлажденного аустенита? Если можно, то объясните как? Как влияет температура нагрева при отпуске углеродной стали?
22	Какие структурные составляющие имеют стали после неполной закалки? Что такое нитроцементация?
23	Перечислите виды отжига I рода. Как зависит твердость мартенсита от содержания углерода в стали?
24	Что такое закаливаемость? Какова структура диффузионного слоя, полученного в результате цементации стали?
25	Что такое нижняя критическая скорость закалки? Чем отличаются нитроцементация и цианирование?

Дидактическое обеспечение

по теме: «Технология термической обработки стали»