В олгоградский государственный педагогический университет

Кафедра общетехнических дисциплин

Отпуск закаленной углеродистой стали Методические указания

к лабораторной работе по курсу

«Материаловедение»

Волгоград

«Перемена»

2005

УДК 669.017

С о с т а в и т е л ь –

Л.Б. Воеводин, канд. техн. наук, доц. каф. ОТД ВГПУ

Р е ц е н з е н т –

Н.В.Котов, канд. техн. наук, доцент кафедры ОТД ВГПУ

Отпуск закаленной углеродистой стали: Метод. указ. к лаб.работе по курсу «Материаловедение» / сост. Л.Б.Воеводин. – Волгоград: Перемена, 2005.- 8 с.

Даны краткие теоретические сведения о структуре и свойствах углеродистых сталей после закалки и отпуска. Сформулированы цель работы и рабочее задание. Приведен порядок ее выполнения.

Для студентов инженерно-педагогического факультета по специальности 03.06.00 «Технология и предпринимательство».

УДК 669.-17

© Л.Б.Воеводин, 2005

Отпуск закаленной углеродистой стали

Ц е л ь р а б о т ы : изучение влияния температуры отпуска на структуру и свойства закаленных углеродистых сталей.

Краткие теоретические сведения об отпуске углеродистых сталей.

Закаленная сталь на мартенсит характеризуется повышенной склонностью к хрупкому разрушению. . Основной целью проведения отпуска является повышение пластичности и вязкости стали, снижения склонности к хрупкому разрушению. Заключительной операцией термической обработки сталей является отпуск. Он осуществляется в интервале температур 150-650⁰С в зависимости от конкретных требований к пластическим и прочностным свойствам стали.

Типичная структура закаленной стали – мартенсит и остаточный аустенит, являются неравновесными фазами. Распад мартенсита и остаточного аустенита при нагреве закаленной стали приводит к образованию ферритно-цементитной смеси, имеющей более равновесное состояние. Как и при любой другой термической обработке на конечные свойства стали оказывают влияние температура нагрева, время выдержки и скорость охлаждения.

Поскольку температура нагрева при отпуске не превышает точку А₁ скорость охлаждения не оказывает влияние на формирование микроструктуры. От скорости охлаждения зависит величина остаточных термических напряжений. Чем выше скорость охлаждения, тем большие напряжения возникают на поверхности изделия. Это может приводить к их короблению. По этой причине изделия сложной формы после отпуска при высоких температурах следует охлаждать медленно (например на воздухе или с печью), а изделия из легированных сталей, склонных к обратимой отпускной хрупкости, после отпуска 500-600⁰С во всех случаях следует охлаждать быстро.

Продолжительность выдержки при отпуске зависит от вида отпуска, его назначения и габаритов изделия и может составлять от 15-30 минут до 2-6 часов.

Основное влияние на формирование свойств стали оказывает температура нагрева при отпуске. По этому параметру различают следующие виды отпуска (рис. 1):

- Низкотемпературный (низкий) отпуск проводят при нагреве до 250⁰С. При этом снижаются закалочные макронапряжения, мартенсит закалки переводится в отпущенный мартенсит, немного улучшается вязкость без заметного снижения прочности и твердости. Закаленная сталь содержащая 0,6-1,3 %С, после низкого отпуска сохраняет твердость в пределах НRC 58-63, а следовательно и высокую износостойкость. Однако, такое изделие (если оно не имеет вязкой сердцевины) не выдерживает значительных динамических нагрузок.

Т, ⁰С

1100 Диффузионный отжиг

Нормализация

1000 Отжиг и закалка

800

6 00 Отжиг на зернистый перлит

Изотермический отжиг

Рекристаллизационный отжиг

4 00 Высокий отпуск

Средний отпуск или отжиг для

2 00 снятия внутренних напряжений

Низкий отпуск

0

0,8 С, %

Рис.1. Температура нагрева углеродистых сталей при различных видах термической обработки

Низкотемпературному отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, а также детали, претерпевшие поверхностную закалку, цементацию, цианирование или нитроцементацию. Продолжительность отпуска составляет обычно 1-2,5 ч, а для изделий больших сечений и измерительных инструментов назначают более длительный отпуск.

Среднетемпературный (средний) отпуск выполняют при 350-500⁰С и применяют, главным образом, для пружин и рессор, а также для штампов. Такой отпуск обеспечивает высокие пределы упругости и выносливости и релаксационную стойкость. Структура стали после среднего отпуска – троостит или троостомартенсит; твердость стали НRC 40-50. Температуру отпуска надо выбирать таким образом, чтобы не вызвать необратимой отпускной хрупкости.

Охлаждение после отпуска при 400-450⁰С следует проводить в воде, что способствует образованию на поверхности сжимающих остаточных напряжений, которые увеличивают предел выносливости пружин.

Высокотемпературный (высокий) отпуск проводят при 500-680⁰С. Структура стали после высокого отпуска – сорбит отпуска. Высокий отпуск создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали.

Закалка с высоким отпуском ( по сравнению с нормализацией или отжигом) значительно повышает временное сопротивление разрыву, предел текучести, относительное сужение и особенно ударную вязкость. Поэтому термическую обработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, называют улучшением.

Улучшению подвергают среднеуглеродистые (0,3-0,5%С) конструкционные стали, к которым предъявляются высокие требования по пределу выносливости и ударной вязкости. Улучшение значительно повышает конструктивную прочность стали, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений, увеличивая работу развития трещин и снижая температуру порога хладноломкости. Однако износостойкость улучшенной стали вследствие ее пониженной твердости не высокая.

Отпуск при 550-600⁰С в течение 1-2 ч практически полностью снимает остаточные напряжения, возникшие при закалке. Длительность высокого отпуска составляет 1-6 ч в зависимости от габаритов изделия.