Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Краткие теоретические сведения



 

Закалка стали – это термическая обработка стали, которая применяется для получения максимально возможной твердости и прочности стали.

В зависимости от температуры нагрева закалку называют полной и неполной. При полной закалке происходит полное фазовое превращение, т. е. сталь при нагреве переводят в однофазное аустенитное состояние.

Полной закалке подвергают доэвтектоидные стали, нагревая их выше критической температуры GS (Ас3) на 30-50°С (рис. 1).

При неполной закалке происходит неполная фазовая перекристаллизация, т. е. сталь нагревают до межкритических температур – между РSК (Ас1) и GS (Ас3) или между РSК (Ас1) и SЕ (Асm). Заэвтектоидные стали подвергают неполной закалке, нагревая их выше линии РSК (Ас1) на 30-50°С (рис. 1).

 

Рис. 1. Левая часть диаграммы железо-углерод. Оптимальный интервал

температур для нагрева стали под закалку.

 

Время нагрева и выдержки детали в печи при закалке зависит от температуры нагрева, формы и размеров детали (табл. 1).

 

Таблица 1

Температура нагрева, °С Форма изделия
Круг Квадрат Пластина
Продолжительность нагрева, мин
на 1 мм диаметра на 1 мм толщины
1,5 0,8 0,4 2,2 1,5 1,2 0,6 1,6 0,8

 

Охлаждение стали при закалке производят с большой скоростью (несколько сотен градусов в секунду). При такой высокой скорости охлаждения диффузия углерода в кристаллической решетке железа произойти не успеет, а кристаллическая решетка g-железа, путем сдвига атомов железа друг относительно друга на расстоянии меньше межатомных, перестраивается в a-железо. Так как диффузия атомов углерода и железа отсутствует, т. е. процесса является бездиффузионным, то содержание углерода в решетке a-железа будет равно содержанию углерода в решетке g-железа аустенита в результате чего решетка a-железа оказывается пересыщенной углеродом, деформируется и становится тетрагональной (рис. 2).

Эта новая фаза с тетрагональной кристаллической решеткой железа называется мартенситом.

Мартенсит – это пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в a-железо. Мартенсит имеет высокую твердость, в основном, из-за пересыщения решетки a-железа углеродом и его твердость возрастает с увеличением содержания углерода. Так как целью закалки является получение максимально возможной твердости и прочности стали, то охлаждение стали при закалке необходимо проводить с такой скоростью, чтобы получить мартенситную структуру.

Скорость охлаждения зависит, в основном, от содержания в стали легирующих элементов и определяется диаграммой изотермического превращения аустенита (рис. 3).

 

Рис. 2. Схема тетрагональной решетки мартенсита Рис. 3. Диаграмма изотермического превращения аустенита стали У8 (τ – время)

 

Диаграмма изотермического превращения стали У8 состоит из следующих областей.

I – область устойчивого аустенита.

II – область неустойчивого переохлажденного аустенита.

III – область распада аустенита на феррито-цементитную смесь.

IV – область продуктов распада аустенита на феррито-цементитную смесь.

V – область бездиффузионного превращения аустенита в мартенсит.

Две С-образные кривые 1 и 2 на диаграмме указывают, соответственно, время начала и конца распада аустенита на феррито-цементитную смесь.

Две горизонтальные линии Мн и Мк на диаграмме указывают, соответственно, температуру начала и конца бездиффузионного превращения аустенита в мартенсит.

Наименьшей устойчивостью переохлаждаемый аустенит обладает при ~550°С. Превращения в интервале температур Ас1 – 550°C называют перлитным, а в интервале 550°С – Мн промежуточным или бейнитным.

В области перлитного превращения аустенит, в зависимости от степени переохлаждения, превращается в феррито-цементитную смесь пластинчатого строения различной степени дисперсности, под которой понимается суммарная толщина расположенных рядом пластин феррита и цементита.

Перлит – крупнодисперсная смесь пластинок феррита и цементита с суммарной толщиной пластинок 8-10 микрон.

Сорбит – среднедисперсная смесь пластинок феррита и цементита с суммарной толщиной пластинок 6-8 микрон.

Тростит – мелкодисперсная смесь пластинок феррита и цементита (смесь высокой степени дисперсности) с суммарной толщиной пластинок 2-4 микрона.

С увеличением скорости охлаждения возрастает дисперсность феррито-цементитной смеси, что приводит к увеличению прочности и твердости стали и уменьшению ее пластичности.

При скоростях охлаждения больше критической скорости охлаждении Vкр, аустенит переохлаждается до температуры начала мартенситного превращения Мн и начинается мартенситное превращение.

Критическая скорость охлаждения или критическая скорость закалки Vкр – это минимальная скорость охлаждения, при которой происходит бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит.

Мартенсит зарождается на границе зерна аустенита и в виде линзообразной пластины прорастает через все зерно аустенита. Затем образуются следующие пластины мартенсита, которые расположены под определенным углом к ранее образовавшимся пластинам мартенсита, т. е. образование мартенсита происходит не за счет роста ранее образовавшихся пластин мартенсита, а за счет образования новых пластин мартенсита. Пластины мартенсита выглядят под микроскопом в виде иголок (рис. 4а) и поэтому говорят, что мартенсит имеет игольчатую структуру, причем размер игл мартенсита тем больше, чем больше исходное зерно аустенита.

Рис. 4. Микроструктура закаленной стали и ее условная зарисовка:

а) мартенсит мелкоигольчатый; б) мартенсит + цементит;

в) мартенсит крупноигольчатый (перегрев стали); г) мартенсит + феррит (недогрев стали); д) мартенсит + тростит (замедленное охлаждение)

При перегреве стали вырастает зерно аустенита и при закалке получится крупноигольчатый мартенсит (рис. 4в).

Образование мартенсита происходит с увеличением объема, и поэтому аустенит остаточный будет находиться в напряженном состоянии.

Если охлаждение стали в области V мартенситного превращения прекратить и дать выдержку, то структура стабилизируется и при дальнейшем охлаждением мартенситное превращение либо вообще не происходит, либо происходит с задержкой и не в полном объеме. Для того чтобы мартенситное превращение прошло наиболее полно, сталь необходимо непрерывно охлаждать до линии конца мартенситного превращения (закалка холодом).

Микроструктура закаленной стали зависит от температуры нагрева и скорости охлаждения. Нагрев до рекомендуемых температур Ас3 + (30…50)°С доэвтектоидных сталей при полной и Ас1 + (30…50)°C заэвтектоидных сталей при неполной закалке позволяет получить структуру мелкоигольчатого мартенсита (рис. 4а) и мартенсита и вторичного цементита (рис. 4б).

Охлаждение при закалке со скоростью меньше критической вызывает образование наряду с мартенситом, тростита (рис. 4д), что приводит к уменьшению твердости стали.

Углеродистые стали имеют высокую критическую скорость закалки Vкр и поэтому их закаливают в воде или водных растворах солей со скоростью охлаждения 600°С/сек. и выше.

Легирующие элементы в легированных сталях, за исключением кобальта, повышают устойчивость аустенита, что приводит к смещению вправо линии начала превращения аустенита в феррито-цементитную смесь на диаграмме изотермического превращения аустенита легированных сталей, что, в свою очередь, приводит к уменьшению критической скорости закалки легированных сталей. Поэтому легированные стали закаливают в масле со скоростью охлаждения ~ 150°С/сек.

 

 

Порядок выполнения работы

 

1. Получить у лаборанта образцы для проведения закалки.

2. Определить твердость образцов до закалки на приборе Роквелла по шкале В.

3. Определить температуру закалки полученных образцов в соответствии с содержанием углерода.

4. Измерить образцы.

5. Определить по табл.1 продолжительность нагрева образцов в печи.

 

Таблица 2. Рабочий протокол при закалке стали

№ образцов Марка стали Вид закалки Температура закалки Размеры образца, мм Время нагрева и выдержки при закалке, мин Охлаждающая среда Твердость до Закалки, HRB Твердость после Закалки, HRC Твердость по Бринеллю (по переводной таблице) кгс/мм²
до закалки после закалки
                     

 

6. Заложить образцы в печь.

7. Произвести по истечении времени нагрева закалку образцов в соответствующих закалочных средах.

8. Зачистить торцы образцов от следов закалочной среды и окисных пленок на шлифовальной шкурке.

9. Замерить твердость образцов на приборе Роквелла по шкале С.

10. По полученным данным построить зависимости после закалки:

HRC=f(C%), HRC=f( ).

11. Изучить, схематически зарисовать и описать микроструктуру комплекта закаленных образцов при увеличении х500.

 

Содержание отчета

 

1. Основные теоретические положения, определение и назначение процесса закалки:

а) нижний левый угол диаграммы состояния железо-углерод, структурный состав и температурные интервалы нагрева всех марок углеродистой стали;

б) диаграмма изотермического превращения аустенита с обозначением всех областей и температур для стали У8;

в) механизм мартенситного превращения в стали и особенности этого процесса;

г) методика определения основных параметров процесса закалки: температуры нагрева, продолжительности нагрева и скорости охлаждения.

2. Рабочий протокол (табл. 2).

3. Графики зависимостей HRC=f(C%), HRC=f( ). Анализ полученных зависимостей.

4. Структуры закаленных образцов, их описание, оценка температуры и скорости охлаждения по микроструктуре образцов.

 

6. Контрольные вопросы

1. Что называется закалкой стали?

2. Какая скорость называется критической скоростью закалки?

3. Какую структуру имеет доэвтектоидная сталь после закалки при Vохл.>Vкр.?

4. Как определить температуру закалки доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной сталей?

5. Как влияет на твердость закаленной стали, увеличение количества углерода в стали?

6. Какое строение имеет мартенсит под микроскопом?

7. Сталь У12, температура нагрева Ас1+(30…50)°С. Какая сформируется структура при закалке?

8. Что такое мартенсит?

9. Какие стали требуют полной, неполной закалки ?

10. Сталь 50, температура нагрева Ас1 – Ас3, Vохл.> Vкр. Какая формируется структура?

11. Какую структуру имеет сталь У12 после неполной закалки при Vохл.³ Vкр.. Какая формируется структура?

12. В какой среде охлаждаются углеродистые и легированные стали на мартенсит?

13. Что называется сорбитом, троститом?

14. Что называется ферритом, аустенитом, цементитом, мартенситом?

15. Каков механизм эвтектоидного, мартенситного превращений?

16. Чем отличаются структуры перлита, сорбита и тростита?

17. Назовите особенности мартенситного превращения?

18. Какова природа высокой твердости мартенсита?

19. Зависит ли твердость мартенсита от скорости охлаждения?

20. Почему в закаленной стали присутствует аустенит остаточный?

21. Для чего проводится обработка холодом закаленной стали?

22. Влияет ли время изотермической выдержки на количество и твердость мартенсита?

Лабораторная работа № 7

Отпуск стали

 

Цель работы

 

1. Освоить технологический процесс отпуска стали.

2. Изучить превращения, происходящие в стали при отпуске, влияние температуры отпуска на структуру и механические свойства стали.

 






Читайте также:

  1. Геологические теоретические основы системного анализа в прогнозировании нефтегазоносности недр
  2. Глава 1 Теоретические основы маркетинговой деятельности организации
  3. Глава 1 Теоретические подходы оценки финансовой устойчивости предприятия
  4. ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТОВАРОВЕДЕНИЯ БЫТОВЫХ СТИРАЛЬНЫХ МАШИН
  5. Глава 1. Теоретические основы анализа системы оплаты труда на предприятии
  6. Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ МаркетинговОЙ средЫ ПРЕДПРИЯТИЯ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ
  7. Глава 1. Теоретические основы маркетинга
  8. Глава 1. Теоретические основы оценки потенциала деятельности предприятия
  9. Глава 1. теоретические основы ХРАНЕНИЯ и обеспечения сохранности документов на бумажной основе в Российской Федерации
  10. Глава 1. Теоретические основы эффективности использования материальных ресурсов предприятия.
  11. Глава I «Теоретические и методологические аспекты исследования
  12. ГЛАГОЛ. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И ЯЗЫКОВОЙ АНАЛИЗ


Последнее изменение этой страницы: 2016-03-15; Просмотров: 158; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! (0.095 с.) Главная | Обратная связь