Курсовая работа (т): Упрочнение углеродистой конструкционной стали 25 химико-термической обработкой

А→М

В этом случае происходит только перестройка решетки ГЦК в решетку ОЦК. Весь углерод остается в решетке aFe и искажает ее. Решетка становится не кубической, а тетрагональной (см. рис. 5). Степень искаженности решетки мартенсита зависит от содержания в ней углерода. Чем больше углерода, тем больше искажения решетки и выше твердость. Например, в стали У8 твердость мартенсита около 60НRC (600НВ).

Мартенсит - пересыщенный, переохлажденный твердый раствор углерода в aFe.

Мартенситное превращение от других фазовых превращений отличается рядом особенностей.

. Мартенсит имеет характерное игольчатое строение. Размер игл (кристаллов) определяется размером исходного аустенитного зерна (первые иглы мартенсита проходят через все зерно). Поэтому, чем мельче исходное зерно аустенита, тем мельче кристаллы мартенсита и выше свойства.

. Мартенсит образуется бездиффузионным путем за счет сдвига решеток. Игла мартенсита растет практически мгновенно со скоростью распространения звука в упругой среде (7000 м/сек). Состав исходной фазы (А) и конечной фазы (М) одинаков.

. Образование мартенсита сопровождается некоторым увеличением объема, что приводит к возникновению значительных внутренних напряжений, которые могут привести к деформациям и трещинам.

. Образование мартенсита происходит не при одной какой-то температуре, а в интервале температур (Мн - температура начала образования мартенсита, Мк - окончание образования). На положение этого интервала сильно влияет состав стали и особенно содержание углерода. Повышение содержания углерода снижаетМн и Мк одновременно расширяя интервал. Наиболее важным является то, что в сталях с содержанием углерода более 0,6% конец образования мартенсита смещен ниже комнатной температуры (-70..-100). Поэтому при закалке таких сталей часть аустенита остается не превращенной. Такой аустенит называют остаточным аустенитом. Чтобы перевести Аост в мартенсит, требуется охлаждение до низких температур, т.е. обработка холодом

В заключение отметим, что мартенситное превращение происходит только тогда, когда высокотемпературная фаза быстро переохлаждена до низких температур, и, следовательно, этого превращение диффузионным механизмом становится невозможно.

Закаленная сталь (сплав) имеет неравновесную структуру, поэтому применим другой вид термообработки - отпуск.

Низкий (низкотемпературный) отпуск проводят при температурах не выше 250-300°С. При таких температурах происходит частичное обезуглероживание мартенсита и выделение из него некоторого количества избыточного углерода в виде частиц е - карбида железа. Образующаяся структура, состоящая из частичного обезуглероженного мартенсита и е-карбидов, называется отпущенным мартенситом. Выход некоторого количества углерода из решетки мартенсита способствует уменьшению её искажения и снижению внутренних напряжений. При таком отпуске несколько повышается прочность и вязкость без заметного снижения твёрдости. В целом изменение свойств при низком отпуске незначительно. Так закалённая сталь с содержанием углерода 0,5-1,3% после низкого отпуска сохраняет твёрдость в пределах 58-63 HRC, а следовательно, обладает высокой износостойкостью. Однако такая сталь не выдерживает значительных динамических нагрузок.

сталь деталь термический охлаждение

5. График химико-термической обработки с указанием температур нагрева, времени выдержки и скорости охлаждения стальной детали

Рис. 4. График химико-термической обработки

. Структура стали после химико-термической обработки

На поверхности изделия образуется заэвтектоидная зона, состоящая из перлита и цементита. По мере удаления от поверхности, содержание углерода снижается и следующая зона состоит только из перлита. Затем появляются зёрна феррита, их количество, по мере удаления от поверхности увеличивается. И, наконец, структура становится отвечающей исходному составу

Структура сталей, содержащих больше 0,8% углерода, состоит из зерен перлита и зерен цементита.

Рис. 5. Микроструктура заэвтектоидной зоны

После закалки стали, упрочненной цементацией, образуется структура мартенсит и цементит вторичный. Мартенсит - микроструктура игольчатого (пластинчатого) вида, а также реечного (пакетного) наблюдаемая в закалённых металлических сплавах и в некоторых чистых металлах, которым свойственен полиморфизм. Мартенсит - основная структурная составляющая закалённой стали; представляет собой упорядоченный пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе такой же концентрации, как у исходного аустенита. С превращением мартенсита при нагреве и охлаждении связан эффект памяти металлов и сплавов. Назван в честь немецкого металловеда Адольфа Мартенса. Кристаллическая структура мартенсита тетрагональная, элементарна ячейка имеет форму прямоугольного параллелепипеда, атомы железа расположены в вершинах и центре ячейки, атомы углерода в объёме ячеек. Структура неравновесная, и в ней есть большие внутренние напряжения, что в значительной степени определяет высокую твёрдость и прочность сталей с мартенситной структурой. Низкотемпературный отпуск частично снимает напряжения, сохраняя повышенную твердость стали на поверхности. Сталь марки 25 после цементации, закалки и низкотемпературного отпуска на поверхности будет иметь структуру мартенсит и цементит вторичный повышенную твердость до 62HRC и пластичную вязкую сердцевину с пониженной твердостью (30-42 HRC) со структурой сорбит или троостит.

Выводы по работе

Сталь 25 - углеродистая, конструкционная, качественная сталь, содержащая 0,25% углерода. Упрочняющая обработка цементация, закалка в воде и низкотемпературный отпуск позволит получить на поверхности детали структуру мартенсит и повышенную твердость до 60HRC и пластичную вязкую сердцевину с пониженной твердостью.

Список литературы

1. Арзамасов Б.Н., Макарова В.И., Музова Г.Г. материаловедение: Учебник для вузов - 3-е издание. М.: Изд-во МГТУ им. И.Э. Баумана, 2002.

. Материаловедение и технология металлов. Фетисов Г.Л., Картман М.Г. М.: Высшая школа, 2000.

. Справочник по конструкционным материалам. Справочник. / Б.Н. Арзамасов и др.: Под ред. Б.М. Арзамасова. - М.: изд-во МГТУ им. Баумана, 2005.

. Сталь конструкционная (ГОСТ 1414-75).