Лабораторные работы2 / лаб7,10,11,12,14 / ЛАБА12
.docФедеральное агентство по образованию Российской Федерации
Филиал государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Уфимский государственный авиационный технический университет» в г. Стерлитамаке
Кафедра ОТиМ
ОТПУСК ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ
отчет
по лабораторной работе №12
Группа: МХС – 204д
Студент: Преподаватель: Хужахметов З.И.
Стерлитамак, 2005
лабораторнАЯ работА №12
ОТПУСК ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ
-
Цель работы:
-
Определить влияние температуры отпуска после закалки на твердость стали У8.
2. Ход работы.
-
Измерили твердость образцов в исходном состоянии.
-
Назначали режим закалки (температуру нагрева, время нагрева и выдержки, условия охлаждения).
-
Провели закалку, для чего поместили все образцы в печь, нагрели до температуры закалки и дали выдержку. После окончания выдержки образцы по одному захватили щипцами за боковую поверхность образца и быстро перенесли в закалочный бак с водой, охладили при интенсивном помешивании воды образцом. (Около неподвижного образца образуется паровая рубашка, резко замедляющая охлаждение). При этом скорость охлаждения будет не менее 300С, что обеспечивает получение структуры мартенсита с твердостью не ниже 60 HRC при содержании углерода 0,8%.
-
Проверили результаты закалки путем измерения твердости образцов.
-
Отпустили закаленные образцы, по одному образцу для низкого(при 180С), среднего(при 400С) и высокого(при 650С) отпуска в соответствующих печах в течение 30 мин.( с момента выравнивания температуры в печи).
-
Измерили твердость отпущенных образцов.
-
Результаты работы представили в виде таблицы и графика – зависимости твердости HRС стали от температуры отпуска. В таблицу записали среднее значение твердости.
Экспериментальные данные
-
Твердость после закалки(HRC)
Температура отпуска,С
Твердость после отпуска(HRC)
Структура стали после отпуска
-
64
180
58
Мартенсит отпуска
-
64
400
49
Троостит отпуска
-
64
650
25
Сорбит отпуска
-
3. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Отпуском называется способ термической обработки, заключающийся в нагревании закаленной на мартенсит стали до температуры ниже А1, выдержке при температуре нагрева и последующем охлаждении. Отпуск является заключительной операцией окончательной термообработки.
При нагреве закаленной стали, будут протекать процессы, в результате которых должны быть устранены причины повышения свободной энергии стали.
К ним относятся:
а) Распад перенасыщенного твердого раствора мартенсита на ферритно-цементитную смесь, равновесную при температуре ниже А1;
б) распад остаточного аустенита;
в) уменьшение плотности дефектов за счет развития процессов возврата и рекристаллизации;
г) снижение уровня закалочных макронапряжений.
Основной процесс при отпуске - распад мартенсита с выделением карбидов. Уже при комнатной температуре вблизи дислокаций образуется скопления углерода вследствие упругого взаимодействия атомов с дислокациями.
При температурах от 80-100 до 150-180С из этих скоплении формируются мельчайшие когерентные выделения метастабильного Е-карбида (Fe2,4C),имеющего гексагональную кристаллическую решетку. Распад мартенсита на этой стадии развивается не за счет роста карбидных частиц, а в результате выделения новых частиц карбида в участках мартенсита с исходной концентрацией углерода.
С повышением температуры этот процесс ускоряется., и при 180 - 200°С во всем объеме мартенсита имеется множество карбидных образований, когерентных исходному раствору. Такая структура называется отпущенным мартенситом, а отпуск, обеспечивающий ее получение, называется низким.
При температуре выше 180-200°С скорость диффузии углерода в мартенсите увеличивается и становится возможным рост карбидных образований за счет притока атомов углерода из окружающих их областей мартенсита и дальнейшее освобождение последнего от углерода. При отпуске в интервале 200-300°С одновременно с распадом мартенсита происходит распад остаточного аустенита, который вначале превращается в отпущенный мартенсит, а затем происходит процесс распада этого мартенсита по предыдущей схеме. При температурах выше 300°С Е-карбид (Fe2,4C) превращается в цементит (Fe3C), имеющий сложную ромбическую кристаллическую решетку, являющуюся стабильней некогерентной фазой. Особенностью образовавшихся таким образом цементитных частиц является их округлая форма.
При нагреве помимо распада мартенсита и остаточного аустенита происходит частичное устранение дефектов закалочных вакансий и частично дислокаций за счет процесса возврата. Полное освобождение α - раствора от избытка растворенного углерода завершается при отпуске в интервале 300 - 400°С, в результате чего возникает структура феррита и мельчайшего цементита, называемая трооститом отпуска. Отпуск при 300 - 400°С называется средним.
После отпуска в интервале температур 500 - 600°С формируется структура ферритно-цементитной смеси, именуемая сорбитом отпуска. В сорбите отпуска цементитные частицы имеют округлую форму, в отличие от пластинчатой у сорбита, полученного при непрерывном охлаждении из области аустенита. Отпуск, при котором получается эта структура, называется высоким.
При повышении температуры выше 600°С развиваются процессы рекристаллизации, приводящие к существенному устранению дислокаций и росту зерен феррита.
Вывод: В данной лабораторной работе мы убедились, что отпуск является заключительной операцией термической обработки. При отпуске формируются окончательная структура и свойства изделия. Уменьшаются или устраняются внутренние закалочные напряжения, повышаются вязкость и пластичность.
При низком отпуске(150 - 200°С) несколько снижаются внутренние напряжения. Твердость остается высокой (58...62 HRC). Структура стали после низкого отпуска состоит из мартенсита отпуска. Этот вид отпуска применяется в основном для режущих и измерительных инструментов, для изделий, подвергаемых поверхностной закалке, цементации, нитроцементации.
Средний отпуск проводят при 350... 500 °С после закалки пружин и рессор. Структура троостита отпуска обеспечивает высокий предел упругости, твердость 40...50 HRC. Охлаждение после отпуска при 400...450 °С рекомендуется проводить в воде, что приводит к образованию в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия, которые увеличивают предел выносливости деталей.
Высокий отпуск проводят при 550... 650°С. После отпуска структура состоит из сорбита отпуска (с зернистым строением Fe3C), имеющего высокий комплекс механических свойств (максимальную вязкость). Высокий отпуск применяется для нагруженных конструкционных деталей. Закалка с высоким отпуском называется улучшением.