Материал: LAB_7

6

распад , называется критической скоростью охлаждения ( критической скоростью закалки ).

Из всех возможных структур, получаемых при непрерывном охлаждении аустенита, мартенсит обладает максимальными значениями твердости, предела прочности.

Однако, значение ударной вязкости, относительного удлинения и относительного сужения мартенсита - самые минимальные по сравнению с другими структурами.

Высокая твердость мартенсита определяется количеством растворенного углерода: с увеличением концентрации углерода в решетке - железа значение твердости возрастает.

Впрактике машиностроения для получения в стали различных структур

икомплекса механических свойств применяют следующие виды термообработки: отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжигом называется вид термообработки, заключающийся в нагреве

стали выше температуры АС3 или АС1, в выдержке при этих температурах и последующем медленном охлаждении с печью.

Медленное охлаждение стали при отжиге способствует протеканию равновесных фазовых превращений и образованию перлита в эвтектоидной стали, перлита с избыточным ферритом или цементитом в доэвтектоидной и заэвтектоидной стали соответственно.

После отжига стали характеризуются высокой пластичностью, но пониженной прочностью и твердостью.

Нормализацией называется вид термической обработки, заключающийся в нагреве стали на 30-500 С выше АС3, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на воздухе.

Фазовая перекристаллизация при нагреве и последующее охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах, что повышает дисперсность феррито-цементитной смеси и приводит к образованию

сорбита.

В доэвтектоидной и заэвтектоидной сталях наряду с сорбитом в структуре будут находиться соответственно избыточный феррит и цементит.

При образовании в стали сорбита возрастает прочность и твердость стали по сравнению с отожженной. Поэтому нормализация широко применяется для улучшения свойств сталей после литья, проката и ковки.

Для низкоуглеродистых сталей нормализация, имеющая более высокие технико-экономические показатели, заменяет отжиг.

Для среднеуглеродистых сталей нормализация может заменять улучшение ( совмещенную операцию закалки с последующим высоким отпуском ) .

7

Для высокоуглеродистых сталей нормализация предотвращает выпадение сетки цементита по границам зерен перлита, наблюдаемые при отжиге в интервале температур АС3 - АС1 .

Закалкой называется вид термической обработки, заключающийся в нагреве стали на 30-500 С выше температуры АС3 и АС1, для доэвтектоидной и заэвтектоидной (эвтектоидной ) сталей соответственно, выдержке при этих температурах и последующем охлаждении со скоростью, равной или превышающей критическую скорость охлаждения (критическую скорость закалки ) . В качестве среды , обеспечивающей подобные скорости охлаждения, используют воду, масло, растворы солей и щелочей.

В результате закалки доэвтектоидная и эвтектоидная стали будут иметь структуру мартенсита, а заэвтектоидная сталь - мартенсит и избыточный цементит.

Закаленные стали помимо указанных структур могут иметь определенное количество остаточного аустенита, что обусловлено относительной способностью большинства охлаждающих сред ограничивать окончание процесса аустенитно-мартенситного превращения комнатными температурами.

Сталь после закалки с оптимальной температуры имеет максимально возможную твердость, высокую прочность и низкие показатели пластичности, вязкости.

Методика работы

Оборудование, приборы, инструменты

Оборудование для проведения различных видов термической обработки стали включает: электрическую камерную печь с электромеханической системой регулирования температуры; передвижные закалочные сдвоенные баки с водой и маслом; клещи рукавицы, защитные очки.

Для очистки от окалины и выравнивания торцевых поверхностей образцов перед измерением твердости применяется наждачный камень (круг), шлифовальная шкурка.

Измерение твердости по методу Бринелля производится на приборе ТШ- 2 и по методу Роквелла - на приборе ТК-2.

Подготовка образцов

Для испытания используют образцы цилиндрической формы, высота которых 12-15 мм, диаметр 15-20 мм. Торцевые поверхности образцов должны быть плоско-параллельными, не иметь раковин, трещин и других видимых дефектов.

Проведение испытаний

8

Исследования проводятся на следующих марках углеродистой стали: сталь 20, сталь 40, сталь У7, сталь У10, сталь У12.

От каждой марки стали берется по четыре образца, которые подвергают отжигу, нормализации и закалке.

Температура нагрева образцов выбирается в зависимости от вида термической обработки и содержания углерода в стали. Время выдержки при заданной температуре устанавливается в пределах 5-10 мин.

Охлаждение образцов производится: при отжиге вместе с печью, при нормализации - на воздухе, при закалке - в масле и в воде.

Охлажденные образцы зачищают с обоих торцов на наждачном камне ( круге ) для снятия окалины и получения плоскопараллельных поверхностей.

Твердость термообработанных сталей определяют двумя методами. Метод Бринелля применяют для стали после операций отжига и норма-

лизации.

Метод Роквелла применяют для закаленных сталей.

Твердость стали на образце измеряют не менее. чем в трех точках: расстояние между двумя отпечатками должно быть не менее 1,5 мм при вдавливании алмазного конуса и 4 мм при вдавливании шарика.

Показатели твердости стали по Роквеллу пересчитывают на показатели твердости по Бринеллю с помощью стандартных таблиц.

За результат испытаний принимают среднее арифметическое трех измерений.

Результаты испытаний и расчетов записывают в таблицу 1. По данным измерений строятся два графика:

-график зависимости твердости от содержания углерода для сталей, охлажденных с различными скоростями, в координатах: твердость по Бринеллю ( ось ординат ) - содержание углерода ( ось абсцисс );

-график зависимости твердости по Бринеллю от скорости охлаждения для каждой исследованной марки стали в координатах: твердость по Бринеллю ( ось ординат ) - скорость охлаждения ( ось абсцисс ).

9

Тема задания по УНИРС и форма отчетности по выданному заданию определяется преподавателем.

Порядок оформления отчета

В отчете приводятся:

1.Цель работы и задание по ее выполнению.

2.Режимы технологических операций при отжиге, нормализации и за-

калке.

3.Полученные результаты оценки твердости (табл. 1 ).

4.Графики зависимости твердости от содержания углерода и твердости от скорости охлаждения сталей.

5.Краткие выводы по анализу влияния видов термообработки на структуру и механические свойства углеродистых сталей.

6.Результаты выполненного задания по УНИРС оформляются как ПРИЛОЖЕНИЕ к отчету по лабораторной работе.

10

К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности и действующим производственным правилам по технологии проведения различных видов термообработки сталей.

Литература

1.Солнцев Ю. П., Пряхин Е.Н., Войткун Ф. Материаловедение, М. МИ-

СиС, 1999, 477 с.

2.Лахтин Ю.М ., Металловедение и термическая обработка металлов., Металлургия, 1993, 447 с.