Лабораторные работы2 / лаб7,10,11,12,14 / ЛАБА №10

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Филиал государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный авиационный технический университет» в г. Стерлитамаке

Кафедра ОТиМ

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ С ФАЗОВОЙ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ

отчет

по лабораторной работе №10

Группа: МХС – 204д

Студент:

Преподаватель: Хужахметов З.И.

Стерлитамак, 2005

лабораторнАЯ работА №10

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ С ФАЗОВОЙ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ

1. Цель работы:

   1. Познакомиться с разновидностями термообработки стали с фазовой перекристаллизацией.

   2. Установить влияние скорости охлаждения при термообработке стали с фазовой перекристаллизацией на твердость стали.

   3. Определить влияние углерода на твердость стали после отжига, нормализации и закалки.

2. Ход работы.

2.1 Получили 3 образца эвтектоидной стали.

2.2 Исходя из марки стали выбрали температуру нагрева 800С.

2.3 Определили выдержку образца в печи, из расчета 1 минута прогрева на 1 мм сечения образца она равна 40 минутам.

2.4 По окончании выдержки образцов в печи охладили образцы следующим образом:

• В воде при интенсивном помешивании;

• В масле при интенсивном помешивании;

• На воздухе;

2.5 После охлаждения образцов зачистили торцы для удаления окалины и измерили твердость.

2.6 Результаты измерения внесли в таблицу и построили график зависимости твердости от скорости охлаждения.

2.7 Объяснили влияние скорости охлаждения при термообработке на свойства стали.

3. Краткая теория.

Всё разнообразие процессов термической обработки сталей с фазовой перекристаллизацией основано на влиянии скорости охлаждения на механизм и кинетику превращения аустенита. Для превращения аустенита в цементит необходимо выполнение двух условии:

1. наличие термодинамической движущей силы превращения;

2. достаточно высокая диффузионная подвижность атомов.

Термодинамической движущей силой превращения аустенита в феррито-цементитную смесь является выигрыш в свободной энергии в результате перехода стали в термодинамически более устойчивое состояние.

Превращение аустенита на феррито-цементитную смесь может происходить только при некотором переохлаждении, когда свободная энергия аустенита будет больше свободной энергии феррито-цементитной смеси. Разницу в уровнях свободной энергии называют термодинамической движущей силой превращения. Чем больше степень переохлаждения, тем выше движущая сила превращения аустенита в феррито-цементитную смесь и тем быстрее должен происходить процесс распада аустенита.

Однако превращение аустенита в феррито-цементитную смесь требует развития диффузии, поскольку продукты распада аустенита имеют состав, отличный от состава аустенита. Из аустенита, содержащего 0,8% С, образуется феррит с содержанием углерода 0,025% и цементит, содержащий 6,67%С. При понижении температуры диффузионные процессы замедляются, что затрудняет процесс распада аустенита на феррито-цементитную смесь.

По мере снижения температуры начала распада аустенита растет термодинамическая движущая сила распада и, в соответствии с теорией фазовых превращений, увеличивается скорость образования зародышей новых фаз. Это ведёт к повышению дисперсности феррито-цементитной смеси. Частицы цементита являются эффективными препятствиями для движущихся дислокаций, поэтому повышение дисперсности феррито-цементитной смеси приводит к росту прочности стали.

Если скорость охлаждения настолько велика, что кривая охлаждения не попадает в поле распада аустенита на феррито-цементитную смесь, то аустенит не успевает распадаться на феррит и цементит. При низких температурах ГЦК решетка аустенита неустойчива и должна превратиться в ОЦК решетку, типичную для феррита. То есть должно начаться бездиффузионное полиморфное превращение. Однако растворимость углерода в ОЦК решетке очень мала и не успевший выделиться из аустенита углерод деформирует решетку, превращая её из кубической в тетрагональную. Фазу тетрагональной объёмоцентрированной решеткой называют мартенситом. Мартенситное превращение практически никогда не бывает полным. Это связано с тем, что, с одной стороны, перестройка ГЦК решетки аустенита в объёмоцентрированную тетрагональную решетку мартенсита термодинамически выгодно и приводит к снижению энергии системы. С другой стороны, при появлении мартенсита с не плотноупакованной решеткой возрастает уровень внутренних напряжений и энергия системы растет. При уравновешивании снижения и увеличения энергии процесс прекращается и материал остается двухфазным-мартенсит и остаточный аустенит. Двухфазная структура с наличием фазы с не плотноупакованной решеткой- мартенсита и высокая плотность дислокаций обусловливают существенное торможение дислокаций и, как следствие, высокую твердость материала. Сильное упрочнение сталей при быстром охлаждении из области аустенита использовалось уже в древности и называлось закалкой.

4. Экспериментальные данные

№ образца	Структура после нагрева	Способ охлаждения	Твердость после охлаждения(HRC)	Структура после охлаждения	Название термообработки
1	Аустенит	масло	36	Троостит	Одинарная обработка
2	Аустенит	воздух	18	Сорбит	Нормализация
3	Аустенит	вода	64	Структура мартенситного типа	Закалка

5. График зависимости твердости от скорости охлаждения.

Вывод: С помощью данного опыта мы установили, что чем выше скорость охлаждения испытываемой стали, то тем выше твердость материала. Высокая твердость при закалке объясняется образованием мартенсита. А повышенная твердость до закалки объясняется повышением дисперсности.

4