Материал: LAB_7

2

Цель работы

1.Изучить влияние температуры нагрева и скорости охлаждения на превращение аустенита углеродистой стали.

2.Ознакомиться с основными видами и технологией термической обработки стали.

Задание

1.Провести отжиг, нормализацию и закалку образцов из углеродистых

сталей.

2.Измерить стандартными методами твердость термообработанных стальных образцов.

3.Изучить влияние скорости охлаждения на структуру и твердость углеродистых сталей.

4.Изучить влияние содержания углерода на структуру и твердость углеродистых сталей при указанных видах термообработки.

5.Выполнить индивидуальное задание по УНИРС.

Основные сведения

Термическая обработка стали представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, проводимых с целью изменения структуры стали для улучшения технологических свойств заготовок ( прокат, поковки, отливки ) и обеспечения необходимых эксплуатационных свойств материала в готовых изделиях.

Формирование структуры стали в основном связано с распадом аустенита при его охлаждении с различными скоростями.

Устойчивое состояние аустенита в сталях имеет место при температурах выше А3 (линия GSЕ , рис. 1 из лабораторной работы № 6 )

В интервале температур А3 - А1 ( линии GSE - PSK ) при охлаждении выделяются избыточные фазы: феррит - в доэвтектоидных сталях и вторичный цементит - в заэвтектоидных сталях. В результате этого при температуре 7270 С в оставшемся аустените содержание растворенного углерода достигает 0,8 % . В равновесном состоянии при температуре 7270 С аустенит, содержащий 0,8 % углерода , распадается с образованием перлита - эвтектоидной механической смеси феррита и цементита.

При непрерывном медленном охлаждении со скоростью V1 , (рис. 1 ) перлитное превращение может начаться и закончиться при температурах

4

ниже 7270 С . С возрастанием скорости охлаждения ( V3 V2 V1 ) снижается температура распада аустенита, что приводит к измельчению пластинок феррито-цементитной смеси.

В результате образуются структуры перлита, сорбита и троостита, отличающиеся размерами ферритных и цементитных образований (степенью дисперсности ) и, следовательно, разными механическими свойствами.

Крупнопластинчатая ферритно-цементитная смесь у перлита обеспечивает наиболее высокие значения ударной вязкости, относительного удлинения и относительного сужения по сравнению с сорбитом и трооститом, а твердость, предел прочности и предел текучести - самые низкие.

Дисперсная мелкозернистая структура троостита обеспечивает более высокие показатели твердости и прочностных свойств; сорбит по показателям тех же механических свойств занимает промежуточное положение между перлитом и трооститом.

При дальнейшем росте скорости охлаждения ( V4 ) только часть аустенита может перейти в феррито-цементитную смесь ( троостит ); а оставшийся аустенит претерпевает бездиффузионное превращение в пересыщенный твердый раствор углерода в Fe , который называется мартенситом.

При мартенситном бездиффузионном превращении происходит перестройка кубической гранецентрированной решетки аустенита в кубическую объемноцентрированную решетку - железа при сохранении концентрации углерода исходной структуры.

Решетка - железа способна разместить ограниченное количество углерода - не более 0,02 % . Поэтому избыточное количество углерода исходного аустенита ( max - 2, 14% ) искажает кубическую объемноцентрированную решетку - железа до тетрагональной объемноцентрированной решетки. Величина отношения периодов с/ а - тетрагональность решетки мартенсита - возрастает с увеличением содержания углерода (рис.2 ).

При непрерывном охлаждении с еще большей скоростью ( V5 V4 ) диффузионное перераспределение углерода полностью исключается и происходит только мартенситное превращение . При этом часть аустенита может остаться непревращенным.

Мн ( температура начала мартенситного превращения ) и Мк ( температура окончания мартенситного превращения ) определяются содержанием углерода в стали; чем больше углерода в аустените, тем ниже температура Мн и

Мк ( рис. 3 ).

Количество остаточного аустенита зависит от содержания углерода в стали. В высокоуглеродистых сталях количество остаточного аустенита повышенное.

Вектор скорости Vк , касательный к выступу С - образной изотермической кривой ( рис. 1 ) и характеризующий минимальную скорость непрерывного охлаждения, при которой полностью подавляется диффузионный

5

с