Протокол испытаний на растяжение

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

l₀, мм	l₁, мм	F₀, мм²	F₁, мм²	P_T, H	P_В, H	σ _т, МПа	σ _в, МПа	δ, %

Рис.1.5 Эскиз образца на

растяжение до и после испытания

Рис.1.6 Диаграмма растяжения

Выводы:

Лабораторная работа №2

Влияние режимов термической обработки на структуру

И свойства стали

Собственно термическая обработка, химико-термическая обработка, термомеханическая обработка, а также электрофизические, лучевые и другие способы обработки сильно изменяют структуру стали, а значит ее свойства. Закалка, например, может увеличить прочность и твердость стали в 2-3 раза, но придать при этом хрупкость.

Чаще применяют объемную термическую обработку: отжиг, нормализацию, закалку и отпуск стали. Химико-термическая обработка-цементация, азотирование, диффузионная металлизация – направлена на обработку поверхностных слоев детали.

Термомеханическая обработка проводится для некоторых сталей путем деформации с высокой степенью укова при повышенных температурах, в состоянии аустенита. При этом достигают повышения как прочности, так и пластичности стали.

Определение температуры нагрева стали

Под закалку

Целью закалки стали является получение высокой твердости и прочности путем изменения структуры. Изменить структуру можно термическим способом, т.е. нагревом, выдержкой и охлаждением.

Нагревом до температур, превышающих критические точки, можно получить Fe-γ с большим пределом растворимости углерода.

Выдерживая сталь при этой температуре, добиваемся насыщения железа углеродом. Затем охлаждаем сталь ускоренно, чтобы при обратном превращении Fe-γ в Fe-α и падении растворимости углерода от 0, 8 до 0, 025% часть углерода осталось в Fe-α , исказив решетку железа, увеличив тем самым твердость и прочность. Легированные стали требуют нагрева до высоких температур, плохо проводят тепло, поэтому нагревают медленно (иногда в два этапа), чтобы не вызвать напряжений. То же относится к деталям сложной конфигурации и массивным. Выдержка выбирается в зависимости от параметров диффузии углерода, температуры, толщины образца, расположения его в печи, и в среднем бывает равна 1 мин на 1мм сечения образца (без учета времени на прогрев образца).

Скорость охлаждения должна быть достаточно большой (больше критической), чтобы получить пересыщенный углеродом твердый раствор в Fe-α (мартенсит). Для охлаждения при закалке применяют воду, растворы солей, масло.

Углеродистые стали обычно закаливают в воде с температурой 18⁰С. Нагретая вода охлаждает значительно медленнее, поэтому нужен контроль температуры воды.

Доэвтектоидные стали, как видно из диаграммы состояний железо-цементит, следует нагревать под закалку на 30÷ 50⁰С выше критической чтобы избавиться от мягкого феррита (полная закалка), поэтому t_зак будет зависеть от содержания углерода в стали. Эвтектоидную и заэвтектоидные стали следует нагревать под закалку на 30÷ 50⁰С выше , чтобы сохранить в структуре твердый, а поэтому полезный для инструмента цементит (неполная закалка); t_зак будет при этом одинаковой (примерно 760⁰С). Так как состав аустенита перед закалкой у заэвтектоидных сталей одинаков, твердость этих сталей после закалки тоже примерно одинакова и почти не растет, начиная с 0, 7%С. Перегрев стали приводит к росту зерна аустенита и пластинок мартенсита, большему количеству остаточного аустенита, напряжениям и трещинам из-за большего перепада температур и поэтому не допускается.

Определение скорости охлаждения

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 (М_к).

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.

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒