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


Приборы, материалы, учебные пособия



 

1. Термические печи, гальванометры, термопары.

2. Твердомер типа Роквелл.

3. Закалочный бак с водой, клещи.

4. Набор образцов.

5. Альбом микроструктур.

 

Превращение при отжиге

 

Цель любого процесса термической обработки состоит в том, чтобы нагревом до определенной температуры и последующим охлаж­дением вызвать требуемое изменение строения металла и получить заданные свойства. Если охлаждение ведется медленно, то превра­щение аустенита в смесь перлита и феррита пройдет достаточно полно вследствие развития диффузионных процессов, и фазовый сос­тав будет соответствовать равновесному состоянию. Например, струк­тура, состоящая из крупных зерен феррита и перлита, какая часто бывает после литья и ковки, в результате термической обработки будет состоять из мелких зерен феррита и перлита (альбом, рис. 1). Основой для изучения термической обра­ботки стали является диаграмма железо-углерод (рис. 1).

Общепринятые обозначения критических точек:

Ас1 – соответствует линии РSК,

Ас3 – соответствует линии GS,

Асm – соответствует линии ES.

Отжиг заключается в нагреве стали до определенной температуры, выдержке и последующем медленном охлаждении с печью со ско­ростью 20-30 град/ч.

Вследствие медленного охлаждения сталь приобретает структу­ру, близкую к равновесию. Следовательно, после отжига углеродис­той стали получаются структуры, указанные на диаграмме железо-углерод (альбом, рис. 1):

доэвтектоидная сталь – феррит + перлит,

эвтектоидная сталь – перлит,

заэвтектоидная сталь – перлит + цементит.

 

Рис. 1. Левая часть диаграммы железо-углерод. Указана температура нагрева

при разных видах термической обработки

 

Различают следующие виды отжига:

Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30...50°С выше линии (GS), выдержке при этой температуре для пол­ного прогрева металла и завершения фазовых превращений и последу­ющем медленном охлаждении. Сопровождается полной фазовой пере­кристаллизацией (Ф«А).

Скорость нагрева при термической обработке зависит от хими­ческого состава, формы и размеров изделий. Чем сложнее форма, больше размер изделия, выше содержание углерода и легирующих эле­ментов, уменьшающих теплопроводность, тем медленнее следует наг­ревать сталь, чтобы избежать возникновения трещин за счет терми­ческих напряжений, образующихся вследствие разности температур внутренних и наружных слоев детали или заготовки.

Полный отжиг применяется для смягчения стали перед обработ­кой резанием, для снятия напряжений и устранения пороков струк­туры. Например, при литье и сварке образуется крупнозернистая структура с игольчатым ферритом и пониженными механическими свойствами, которая получила название видманштеттовой, при горячей пластической деформа­ции наблюдается неоднородное распределение феррита вокруг зерен перлита, что резко снижает прочность стали; при большой степени холодной пластической дефор­мации образуется строчечная структура, которая ведет к анизотропии, т. е. различию свойств металла вдоль и поперек волокон.

Неполный отжиг отличается от полного тем, что сталь нагре­вается до температуры выше Ас1, но ниже Ас3. Полной фазовой пере­кристаллизации не происходит, следовательно, устранить дефекты структуры, связанные с нежелательным размером и формой зерна, невозможно.

Неполный отжиг для доэвтектоидной стали применяется для сня­тия напряжений и улучшения обрабатываемости и позволяет экономить тепловую энергию.

Заэвтектоидная сталь не отжигается по режиму полного отжига с нагревом выше Асm, так как при медленном охлаждении выделя­ется грубая сетка вторичного цементита, которая ухудшает механи­ческие свойства стали. Для заэвтектоидной стали применяется не­полный отжиг. При нагреве до Ас1+(30...50)°С в аустените остает­ся большое число нерастворившихся включений цементита перлита, которые способствуют образованию зернистого перлита при охлажде­нии. Инструментальная сталь со структурой зернистого перлита обладает наименьшей твердостью, наилучшей обрабатываемостью резанием и менее склонна к перегреву при закалке.

Изотермический отжиг заключается в нагреве стали до Ас3+(30...50)°С и выдержке при этой температуре. Затем деталь быстро переносится в печь или ванну с жидкой разогретой солью или рас­плавленным свинцом с температурой 690...700°С (ниже Ас1) и выдерживается до полного распада аустенита. Последующее охлаждение производится на воздухе.

Так как аустенит распадается в печи или в ванне при постоян­ной температуре, то получается более однородная структура. Меха­нические свойства при изотермическом отжиге получаются почти та­кими же, как и при полном отжиге. Преимущество изотермического отжига – в сокращении продолжительности отжига почти вдвое за счет этапа охлаждения и получении более однородной структуры и свойств по сечению изделия.

Изотермическое превращение аустенита доэвтектоидной стали описывается диаграммой (рис. 2в).

Линия 1 – начало превращения переохлажденного аустенита с образованием феррита.

Линии 2, 3 – начало и конец превращения переохдажденного аустенита с образованием ферритоцементитной смеси (перлита).

Линии Мн и Мк – начало и конец мартенситного превращения (А®М).

 

Рис. 2. Схема термообработки доэвтектоидной стали:

а) левая часть диаграммы железо-углерод;

в) диаграмма изотермического превращения аустенита;

V1 – отжиг при непрерывном охлаждении;

V2 – охлаждение при изотермическом отжиге;

V3 –охлаждение при нормализации.

 

На диаграмме показаны скорости охлаждения V, соответствую­щие различным видам термической обработки. Критическая скорость закалки Vкр. является граничной скоростью охлаждения между диф­фузионным и бездиффузионным превращениями переохлажденного аусте­нита.

Рекристаллизационный отжиг применяется для снятия наклепа и восстановления пластичности металла после холодной деформации.

Нагрев производится до температуры, равной (0,4...0,45)Тпл, т. е. 450...650°С (ниже Ас1), затем следует выдержка и медленное охлаждение с печью. В результате рекристаллизационного отжига вместо деформированных образуются новые равноосные зерна, остаточные напряжения снимают­ся, твердость понижается, а пластичность увеличивается.

Гомогенизирущий (диффузионный) отжиг заключается в нагреве стали до 1100...1200°С, длительной выдержке при указан­ной температуре и последующем медленном охлаждении. Применяется для устранения дендритной и зональной неоднородностей по хими­ческому составу (ликвации) в литых заготовках. Применяется для устранения дендритной и зональной неоднородностей по хими­ческому составу (ликвации) в литых заготовках.

При длительной выдержке в области высоких температур наблю­дается интенсивный рост зерна, приводящий к снижению механичес­ких свойств. Для исправления структуры и улучшения свойств тре­буется дополнительная термическая обработка (обычно нормализа­ция или полный отжиг).

Нормализация заключается в нагреве доэвтектоидной стали до Ас3+(40...50)°С, заэвтектоидной – до Ас1+(50...60)°С (рис. 2). После выдержки охлаждение производится на воздухе.

Ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах по сравнению с отжигом, что оп­ределяет различные свойства отожженной и нормализованной стали. Чем выше степень переохлаждения аустенита, т. е. ниже его темпера­тура распада, тем мельче получается зерно в металле и дисперснее пластинки феррито-цементитной смеси, выше твердость, прочность, но ниже пластичность стали.

Нормализация вызывает фазовую перекристаллизацию, поэтому способствует устранению пороков структуры, измельчению зерна. В заэвтектоидной стали нормализация устраняет грубую сетку вто­ричного цементита, так как при ускоренном охлаждении он не успева­ет образоваться по границам зерен.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Получить опытные образцы, записать марку стали, испытать твердость образцов по Роквеллу (шкала В).

2. Закалить образцы от температуры Ас3 + (30…50)°С с выдержкой их при указанной температуре 15мин и охлаждением в воде.

3. Зачистить закаленные образцы наждачной бумагой и испытать на твердость по Роквеллу (шкала С).

4. Нагреть закаленные образцы до температуры Ас3+(30…50)°С и выдержать их в печи 15мин.

5. Охладить образец № 1, подлежащий нормализации, на спокойном воздухе.

6. Перенести образец № 2, подлежащий изотермическому отжигу, в печь с температурой 690…700°С, выдержать 30мин и охладить на спокойном воздухе.

7. Зачистить термически обработанные образцы наждачной бумагой и испытать на твердость по Роквеллу (шкала В).

 

Содержание отчета

 

1. Заполненная табл. 1.

2. Левая часть диаграммы железо-углерод с указанными на ней температурами различных видов термической обработки.

3. Диаграмма изотермического превращения аустенита с показанными линиями диаграммы и структурными областями.

4. Схематически зарисованные микроструктуры после закалки, изотермического отжига, нормализации с описанием режимов термической обработки и указанием сущности структурных превращений.

Таблица 1

№ образца Марка стали Твердость до закалки Предполагаемая микроструктура Твердость после закалки Предполагаемая микроструктура Окончательная твердость образцов по Бринеллю, HB Предполагаемая микроструктура
по Роквеллу, HRB по Бринеллю, HB по Роквеллу, HRC по Бринеллю, HB после изотермического отжига после нормализации
                     

6. Контрольные вопросы

 

1. Каково назначение рекристаллизационного отжига, полного, неполного, нормализации?

2. Как проводится изотермический отжиг?

3. Почему не проводится полный отжиг для заэвтектоидной стали?

4. В какой среде охлаждаются стали при нормализации?

5. До каких температур нагревается доэвтектоидная сталь перед
полной закалкой, полным, изотермическим отжигом, нормализацией?

6. Можно ли при изотермическом отжиге устранить пороки структуры
после литья и ковки?

7. Каково назначение гомогенизирущего отжига?

8. Какая структура сформируется у стали 45 после полного, неполного, изотермического отжига и нормализации?

9. Какова структура стали У10 после полного и неполного отжига?


Лабораторная работа № 8






Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-15; Просмотров: 135; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! (0.093 с.) Главная | Обратная связь