При закалке стали
Охлаждение – заключительный этап термической обработки-закалки и поэтому наиболее важный. От скорости охлаждения зависит образование структуры, а значит, и свойства образца.
Если раньше переменным фактором была температура нагрева под закалку, то теперь скорость охлаждения будет разная (в воде, в соленой воде, на воздухе, в масле и с печью).
С увеличением скорости охлаждения растет и степень переохлаждения аустенита, понижается температура распада аустенита, число зародышей увеличивается, но вместе с тем замедляется диффузия углерода. Поэтому феррито-цементитная смесь становится более дисперсной, а твердость и прочность повышаются. При медленном охлаждении (с печью) получается грубая смесь Ф+Ц, т.е. перлит, это отжиг второго рода, с фазовой перекристаллизацией. При ускоренном охлаждении (на воздухе) – более тонкая смесь Ф+Ц – сорбит. Такая обработка называется нормализацией.
Закалка в масле дает тростит – высокодисперсную смесь Ф+Ц.
Твердость этих структур растет с дисперсностью смеси (НВ=2000÷4000 МПа). Эти структуры можно получить и способом изотермической закалки.
Рассматривая термокинетическую диаграмму, т.е. диаграмму изотермического распада аустенита вместе с векторами скоростей охлаждения, видим, что увеличивая скорость охлаждения, можно получить тростит вместе с мартенситом закалки. Если скорость охлаждения больше критической, получим мартенсит закалки и остаточный аустенит, избавиться от которого можно, если охладить сталь до температуры ниже линии окончания мартенситного превращения (Мк).
У мартенсита объем больше, чем у аустенита, поэтому при закалке на мартенсит появляются не только термические, но и структурные напряжения. Форма детали может исказиться, в ней могут появиться микро- и макротрещины. Коробление и трещины неисправимый брак, поэтому сразу же после закалки на мартенсит следует производить нагрев детали для снятия напряжений и стабилизации структуры, такая операция термической обработки называется отпуском.
После закалки образцов, изучения микроструктур и определения твердости строятся графики зависимости твердости от содержания углерода. Чем больше углерода в аустените стали перед закалкой, тем более искаженной получается решетка мартенсита (с большей степенью тетрагональности) и поэтому выше твердость
Сталь с содержанием 0,2%С не принимает закалку, так как кривые изотермического распада аустенита вплотную приближаются к оси ординат. Даже очень большая скорость охлаждения не дает мартенсита, так как аустенит начнет раньше распадаться на смесь Ф+Ц. Поэтому сталь закаливают, если углерода более 0,3%С, поскольку углерод сдвигает вправо кривые изотермического распада аустенита, уменьшая тем самым критическую скорость закалки.
Определение свойств и структуры стали
После отпуска
Полученный после закалки мартенсит обладает большой твердостью и прочностью, но низкой пластичностью и вязкостью. Это объясняется большими внутренними напряжениями, которые бывают термическими (перепад температуры, резкое охлаждение) и структурными (объем мартенсита больше, чем аустенита, сорбита, тростита и перлита). После закалки необходимо сразу производить отпуск, т.е. нагрев до определенных температур, выдержку и охлаждение. При этом снижаются напряжения, меняется структура и свойства стали. Температура отпуска выбирается ниже Ас1, чтобы сохранить эффект упрочнения при закалке. Различаются низкий отпуск (150-2000С), средний (350-4500С) и высокий (500-6500С).
Если при низком отпуске снижаются напряжения, уменьшается искаженность (тетрагональность) решетки мартенсита и она снова становится кубической, остаточной аустенит переходит в мартенсит кубический, то при среднем и высоком отпуске происходит распад мартенсита на смесь Ф+Ц.
После низкого отпуска твердость и прочность остаются на высоком уровне (НRC 58-63). Режущий и измерительный инструмент, детали после химико-термической обработки (цементации) подвергают низкому отпуску.
1. Определение наилучшей температуры закалки для стали с содержанием 0,4% углерода – доэвтектоидная сталь – и с содержанием 1,0% углерода – заэвтектоидная сталь.
Таблица 2.1
Протокол испытаний на твердость после закалки в воду
| НВ после отжига | НВ после закалки, 0,4%С | НВ после закалки, 1,0%С | |||||
| 0,4%С | 1,0%С | t=7600C | T=8400C | T=10000C | T=7600C | T=8400C | T=10000C |
НВ 
t0C
Рис. 2.1 График зависимости твердости стали от То закалки и % сод. углерода
2.Определение наилучшей скорости охлаждения стали с содержанием углерода 0,4%.
Скорости охлаждения в разных средах (перевод в lg координаты)
Vпечь=10С/с; lg1=0;
Vвоздух=150С/с; lg15=1,2;
Vмасло=1500С/с; lg150=2,2;
Vвода=6000C/c; lg600=2,8;
Vсолен..вода=10000С; lg1000=3.
Таблица 2.2
Протокол испытаний твердости после охлаждения
в различных средах. Схема микроструктур
| Печь | Воздух | Масло | Вода | Соленая вода |
| х | х | х | х | х |
| НВ= | НВ= | НВ= | НВ= | НВ= |
НВ 
1 2 3 → lgV
Рис. 2.2 График зависимости твердости
от скорости охлаждения в разных средах
3.Определение структуры и твердости стали с содержанием углерода 0,4% от темп. отпуска, после закалки в воде с температуры 8400С.
Таблица 2.3
Схемы структур и твердость
| t0C отпуска | 2500С | 4500С | 6500С |
| НВ | |||
| Увеличение | х | х | х |
| Схемы структур | |||
| Описание структур |
НВ 
250 450 650
t0C отпуска
Рис. 2.3 График зависимости твердости
от температуры отпуска стали
Выводы:
Лабораторная работа №3
Дата: 2018-12-21, просмотров: 290.
