ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАРКИ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

ПО ЕЁ КРИТИЧЕСКИМ ТОЧКАМ

 

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомиться с критическими точками сталей, определением критических точек методом пробных закалок и научиться по критическим точкам определять марку углеродистой стали.

2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Наличие критических точек в стали было впервые установлено русским металлургом Д. К. Черновым.

Критические точки – это температуры, соответствующие фазовым или структурным равновесиям в сплавах (равновесные критические точки), или температуры, при которых происходят превращения (неравновесные критические точки). Так же как и для чистого железа, эти точки принято обозначать буквой А с соответствующим равновесию или превращению индексом. Для неравновесных критических точек используются дополнительные индексы. В случае нагревания к обозначению критической точки добавляется индекс “с”, в случае охлаждения – индекс “r”. Критические точки в стали связаны с аллотропными превращениями железа Fe _aÛ Fe _g , а так же с изменением растворимости углерода в g -железе.

Точка A₁ соответствует температуре равновесия аустенита с перлитом (АÛ П). Для сплавов Fe-C эта точка лежит на линии РК диаграммы и примерно соответствует 727°С (рисунок 1).

Рисунок 1 – Критические точки стали:

а –доэвтектоидной, б – заэвтектоидной.

 

Точка A_C1 обозначает превращение перлита в аустенит при нагревании (П®А). Точка A_r1 характеризует обратное превращение – аустенита в перлит при охлаждении (А®П).

Точки А_C3 и А_r3 характеризуют соответственно окончание превращения феррита в аустенит при нагревании (Ф®А, оконч.) и начало обратного превращения аустенита в феррит (А®Ф, нач.) при охлаждении в доэвтектоидных сталях. В равновесных условиях (т.е. при бесконечно медленном нагревании или охлаждении) эти точки соответствуют линии GS диаграммы Fe-C. Их обозначают A₃ (АÛ Ф). Положение этих точек зависит от содержания углерода в стали.

Равновесные точки A_cm характеризуют равновесие аустенита и цементита (АÛ Ц) и соответствуют линии SE диаграммы Fe-C.

Точки A_Ccm и A_rcm обозначают соответственно окончание растворения в аустените вторичного цементита при нагревании (Ц₂®А, оконч.) и начало выделения вторичного цементита из аустенита при охлаждении (А®Ц₂, нач.) в заэвтектоидных сталях.

При проведении операций нагревания или охлаждения в реальных условиях критические точки не соответствуют диаграмме Fe-C и зависят от скорости нагревания или охлаждения. На положение этих точек оказывают влияние также легирующие элементы и различные примеси.

Для углеродистых сталей при условии очень медленного нагревания или охлаждения точки А_С лежат немного (на несколько градусов) выше, а точки А_г ниже соответствующей равновесной температуры. В случае реальных условий нагрева для получения устойчивой структуры, соответствующей диаграмме Fe-C, необходимо доэвтектоидные стали перегревать выше критических точек на 30-50°С, а заэвтектоидные стали – на 30-70°С. При ускоренном нагреве процесс образования аустенита смещается в область высоких температур на сотни градусов, а поэтому пользоваться диаграммой состояния Fe-C в качестве единственного источника для выбора температуры нагрева нельзя.

Легирующие элементы и примеси могут понижать или повышать положение критических точек. Так, например, карбидообразующие элементы (V, Mo, W, Ti, Cr и др.), уменьшают коэффициент диффузии углерода и тормозят превращение перлита в аустенит. И, наоборот, элементы, хорошо растворяющиеся в аустените (Ni, Mn и др.), повышают его устойчивость и снижают положение критических точек. Элементы, хорошо растворяющиеся в феррите (Si, A1 и др.), уменьшают устойчивость аустенита и повышают положение критических точек A₁ и А₃. В связи с этим в технических сталях, содержащих 0, 5-0, 6% Si и 0, 7-0, 8% Mn, а также другие примеси, положение критических точек несколько отличается от диаграммы Fe-C. Более значительны отклонения в легированных сталях.

Поэтому для каждого конкретного состава стали необходимо определять положение критических точек, исходя из реальных условий нагревания и охлаждения. Полученные в этом случае значения критических точек можно использовать при назначении режимов термической обработки стали.

Для экспериментального определения критических точек используют следующие методы: пробных закалок, дилатометрический, дифференциальный термический, измерения электросопротивления.

Наиболее прост, но менее точен, метод пробных закалок.

 

 

3. НЕОБХОДИМЫЕ ПРИБОРЫ, ОБОРУДОВАНИЕ

И МАТЕРИАЛЫ

3.1. Термические печи с регулирующими потенциометрами.

3.2. Образцы углеродистой стали.

3.3. Твердомер Роквелла.

 

4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Образцы диаметром 15-20 мм и высотой 10-12 мм (7 шт.), изготовленные из доэвтектоидной стали, закалить с различных температур, повышающихся примерно на 30°С. При этом нижняя температура закалки должна лежать ниже предполагаемой точки А₁, а высшая - выше точки А₃. В связи с этим принять следующие температуры закалки: 700, 730, 760, 790, 820, 850, 880°С.

Закалка с температуры ниже A₁ не влияет на твёрдость образца. Нагрев стали выше A₁ приводит к превращению перлита в аустенит, который при закалке превратится в мартенсит. Чем выше температура закалки в пределах между А₁ и А₃, тем меньше феррита будет в структуре и тем твёрже будет сталь после закалки. Повышение температуры сверх А₃ не изменит структуру стали и ее твёрдость в закаленном состоянии.

Измерение твёрдости закаленных от различных температур образцов позволяет определить положение критических точек. Пример определения точек А₁ и А₃ и их разницы схематично показан на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема определения критических точек А₁ и А₃ и их разницы Δ t методом пробных закалок

 

При нагревании образцы располагать на середине печи, ближе к горячему спаю термопары. Для сокращения времени на нагрев все образцы заложить в печь, нагретую до наиболее низкой температуры закалки. Выдерживать образцы при каждой температуре не менее 10 мин.

Для определения марки стали нужно рассчитать содержание в ней углерода. На рисунке 3 приведена расчетная схема, в основе которой лежит участок диаграммы Fe-C. На схеме приняты следующие обозначения: x – среднее содержание углерода в стали, %;  – разница между температурами критических точек А₃ и А₁, т.е. =А₃-А₁, °С.

Рисунок 3 – Схема к расчёту содержания углерода

в доэвтектоидной стали

 

Предполагая, что линия GS – прямая (это допущение не вносит существенной погрешности в результат расчета), находим из подобия треугольников GBS и A₃A₁S:

                                   

Так как GB = 911-727 = 184^oС, SA ₁ = (0, 8-x), %, SB = 0, 8, %, то

                                

отсюда                             %

После подстановки значения  рассчитывается содержа­ние углерода x и округляется до ближайшей марки качествен­ной углеродистой стали в соответствии с ГОСТ 1050-88.

 

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

5.1. Описать назначение и порядок проведения работы.

5.2. Привести описание основных критических точек (равновесных и неравновесных), указать соответствующие им равновесия или превращения и увязать их с диаграммой Fe-C.

5.3. Построить таблицу, включающие следующие данные:

№№ образцов	Температура нагрева под закалку, °С	Твердость HRC

5.4. По данным таблицы построить график изменения твёрдости в зависимости от температуры нагрева под закалку.

5.5. Определить критические точки A₁ и А₃ и их разницу .

5.6. По критическим точкам с использованием диаграммы Fe-C (по расчетной схеме) определить марку стали.

 

6. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

6.1. Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1980.-С. 121.

6.2. Ю. А. Геллер, А. Г. Рахштадт. Материаловедение. – М.: Металлургия, 1983. – С. 224-229.

 

 

Лабораторная работа № 11

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: