ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКИХ ТОЧЕК В СТАЛИ 40 МЕТОДОМ

ПРОБНЫХ ЗАКАЛОК

Цель работы

1. Ознакомиться с методикой определения критических точек стали по изменению ее твердости после закалки.

Задание

1. Закалить образцы из стали 40 со следующих температур нагрева: 650, 700, 720, 740, 760. 780, 800, 820, 850°С.

2. Замерить твердость закаленных образцов.

3. Построить график изменения твердости стали 40 в зависимости от температуры нагрева.

4. По кривой «температура - твердость» определить критические точки А_С1 и А_С3 для стали 40.

Основные сведения

Критические точки, т.е. температуры фазовых превращений в сплаве, можно определить по результатам термического анализа: по перегибам и остановкам (горизонтальным площадкам) на кривых охлаждения.

В системе железо-цементит критические точки впервые определил и описал в 1868 г. русский металловед Д.К. Чернов.

На диаграмме "железо-цементит" для сталей нижним критическим точкам А₁ (или А_С1 - при нагреве) соответствует линия PSK - превращение перлита в аустенит, а верхним критическим точкам А₃ (или А_С3 - при нагреве) соответствует линия GSE - конец растворения феррита в аустените в доэвтектоидных сталях и цементита в аустените - в заэвтектоидных сталях (рис. 1).

Для определения критических точек в настоящее время применяют различные методы: пробных закалок, дилатометрический, дифференциальный, термический, измерения электросопротивления, из которых метод пробных закалок является наиболее простым.

Рассмотрим сущность этого метода на примере пробных закалок образцов из стали 40. Из стали 40 изготавливают образцы диаметром 15-20 мм и высотой 15-20 мм. Образцы нагревают до различных температур, охлаждают в воде или масле и измеряют на твердость.

Если температура нагрева образцов из стали 40 была ниже A_С1, то твердость их после охлаждения не повысится, так как не произойдет структурных изменений, структура так и останется феррит +перлит.

При нагреве образцов выше А_С1 структура будет состоять из феррита и аустенита.

В результате быстрого охлаждения аустенит превратится в мартенсит и структура стали будет феррит + мартенсит. Образование мартенсита повышает твердость. Нагрев до более высоких температур вызывает увеличение твердости, так как с повышением температуры возрастает количество аустенита и уменьшается количество феррита, а после быстрого охлаждения увеличивается соответственно количество мартенсита. Повышение твердости будет продолжаться до тех пор, пока сталь не нагреют выше А_С3 . При таком нагреве получают структуру аустенит, а в результате быстрого охлаждения - мартенсит.

Дальнейшее повышение температуры закалки не изменит структуру стали и ее твердость в закаленном состоянии.

По результатам измерения твердости строят график зависимости температура - твердость стали (рис. 2).

По точкам перегиба на построенной кривой определяют критические температуры A₁ и А₃ стали 40.

Методы определения твердости

Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при местных контактных воздействиях на поверхность, т.е. сопротивление внедрению в него постороннего тела.

Наиболее распространенными методами определения твердости являются методы Бринелля, Роквелла и Виккерса.

В данной лабораторной работе для измерения твердости стальных образцов используются методы Бринелля и Роквелла.

Измерение твердости по Бринеллю

При определении твердости методом Бринелля в испытываемый образец вдавливается стальной закаленный шарик. Между нагрузкой и диаметром шарика должно выдерживаться соотношение: Р = 2,5 Д² , Р = 10 Д² , Р = 30 Д².

Твердость по Бринеллю определяется по формуле:

НВ = P/F = 2Р / [ПиD (D² - d²)^0,5 ] ,

где Р - нагрузка на шарик, кгс ;

F - площадь поверхности отпечатка, мм²;

D - диаметр шарика, мм ;

d - диаметр отпечатка, мм ;

Для измерения твердости стали и чугуна используют стальной шарик D 10 мм и нагрузку Р = 3000 кГс; для меди и ее сплавов D = 10 мм и Р = 1000 кГс, для очень мягких металлов (алюминий, бабиты и др.) D = 10 мм и Р = 250 кГс.

Зная нагрузку, диаметр шарика и диаметр отпечатка, твердость по НВ определяют по табличным данным (таблица 1).

Для получения достоверных результатов при измерении твердости по Бринеллю толщина испытуемого образца должна быть не меньше десятикратной глубины отпечатка.

Расстояние от центра отпечатка до края образца должна быть не менее 2,5 d , а между центрами двух соседних отпечатков - не менее 4 d.

Метод Бринелля рекомендуется применять для металлов и сплавов, твердость которых не превышает 4500 МПа, так как при большей твердости будет деформироваться стальной шарик.

Таблица 1

Таблица значений твердости, определяемой различными методами
Твердость		Твердость			Твердость		Твердость
НВ			HRC		НВ				HRC
Диаметр	Число	Шкалы
отпечатка	твердости, кг/мм2				Диаметр отпечатка, мм	Число твёрдости, кг/мм2				Шкалы
		С	А	В				С		А		В
2,05	898				4,05	223		20		61		96
2,10	857				4,10	217		18		60		96
2,15	817				4,15	212		17		60		95
2,20	780	76	84		4,20	207		16		59		94
2,25	745	68	82		4,25	202		15		59		93
2,30	712	66	81		4,30	197		13		58		92
2,35	682	64	80		4,35	192		12		58		91
2,40	653	62	79		4,40	187		10		57		90
2,45	627	60	78		4,45	183		9		57		89
2,50	601	58	78		4,50	179		8		56		88
2,55	578	57	77		4,55	174		7		56		87
2,60	555	55	76	120	4.60	170		6		55		86
2,65	534	53	76	119	4,65	166		5		55		85
2,70	514	52	75	119	4,70	163		3		54		84
2,75	495	50	74	117	4,75	159		2		53		83
2,80	477	49	74	117	4,80	156		1		53		82
2,85	461	47	73	116	4,85	153		0		52		81
2,90	444	46	73	115	4,90	149						80
2,95	429	45	72	115	4,95	146						79
3,00	415	44	72	114	5,00	143						78
3,05	401	42	71	113	5,05	140						77
3,10	398	41	71	112	5,10	137						76
3,15	375	40	70	112	5,15	134						74
3,20	363	38	69	110	5,20	131						73
3,25	352	37	69	110	5,25	128						72
3,30	341	36	68	109	5,30	126						71
3,35	331	35	67	109	5,35	124						70
3,40	321	34	67	108	5,40	121						69
3,45	' 311	33	67	108	5,45	118						68
3,50	302	32	66	107	5,50	116						67
3,55	293	31	66	106	5,55	114						66
3,60	285	30	65	105	5,60	112						65
3,65	277	29	65	104	5,65	109						64
3,70	269	28	64	103	5,70	107						62
3,75	262	26	63	102	5,75	105						61
3,80	255	25	63	102	5,80	103						60
3,85	248	24	62	100	5,85	101						59
3,90	241	23	62	99	5,90	99						58
3,95	235	22	62	98	5,95	97						57
4,00	229	21	61	97	6,00	95						56