На головну

Завдання до роботи

1 Накреслити сталевий ділянку діаграми стану Fe-Fe3C і нанести на нього температурні інтервали нагріву стали під загартування.

2 Накреслити діаграму ізотермічного розпаду аустеніту і нанести на неї швидкості охолодження, щоб забезпечити отримання структури мартенситу і ферито-цементітних сумішей.

3 Описати фазові перетворення, які відбуваються при повній і неповній гарту до- і заевтектоідних сталей, записати утворюються при цьому

структури в таблицю 10.1 і обгрунтувати вибір режиму їх термічної обробки.

4 Нагріти зразки стали 40 до температур, необхідних для повної і неповної гарту, провести загартування, виміряти твердість і занести дані в таблицю 10.2, визначивши структури загартованої сталі.

Таблиця 10.1 - Вплив виду гарту на мікроструктуру сталі

 Марка сталі  Структура після полнойзакалкі  Структура після неповної гарту
   
   
   
   
   
 У7    
 У8    
 У9    
 У13    

Таблиця 10.2 - Вплив умов термічної обробки на твердість і

мікроструктуру стали 40

 Умова гарту  Твердостьсталі  Мікро-структура
 температура, оС  охолодне середовище
 Масло    
 вода    
 Масло    
 вода    
 Без термічної обробки    

11 Лабораторна робота № 11. Відпустка загартованої сталі

Мета роботи: Вивчення теорії та технології відпустки загартованої сталі; проведення заключної термічної обробки - відпустки загартованої сталі.

відпусткою називається вид термічної обробки, що полягає в нагріванні загартованої сталі до температури нижче критичної точки А1 (727 оС), витримці при цій температурі і наступному охолодженні із заданою швидкістю.

Відпустка є остаточною операцією термічної обробки, в результаті якої в тій чи іншій мірі знімаються внутрішні гартівні напруги (термічні і структурні), і формується необхідний комплекс механічних властивостей.

Після правильно виконаної гарту сталь має структуру мартенситу з деякою кількістю залишкового аустеніту. Ці фази при кімнатній температурі є метастабільними (нестійкими) і зберігаються тільки з тієї причини, що в цих умовах практично відсутня дифузійна рухливість атомів заліза і вуглецю. Підвищення температури, що активізує дифузію, призводить до розпаду цих фаз, кінцевим продуктом якого в рівноважних умовах повинна бути ферріто-цементітная суміш. Ступінь розпаду мартенситу і аустеніту залишкового при відпустці визначається температурою обробки. При цьому в залежності від температури нагріву в процесі відпустки мають місце чотири перетворення.

Перше перетворення при відпустці - Розпад мартенситу. При температурах від 80 до 300 оЗ відбувається розпад мартенситу (пересичені вуглецем a-твердого розчину), пов'язаний з виділенням частини вуглецю з решітки мартенситу і освітою e-карбідів з гексагональної гратами (FeхC). Пластинки e-карбідів когерентно пов'язані з гратами a-твердого розчину (мартенситу). Утвориться після першого перетворення при відпустці структура, що представляє собою пересичений твердий розчин вуглецю в a-залізі (але ступінь пересичення менше, ніж безпосередньо після гарту) і когерентно пов'язані з ним дисперсні виділення e-карбідів, називається відпущеним мартенситом (Рисунок 11.1).

Зменшення кількості розчиненого вуглецю знижує тетрагонального решітки мартенситу. Деяке зниження внутрішніх напружень призводить до підвищення в'язкості матеріалу. Твердість, міцність і зносостійкість при цьому практично не змінюються. Низькотемпературний відпустку призначений для інструментальних сталей, а також для деталей машин, виготовлених з низьковуглецевих сталей і пройшли цементацию, нитроцементацией або ціанування.

Малюнок 11.1 - Схема освіти мартенситу відпустки при нагріванні

Структура «мартенсит відпустки» характерна для інструментів піддаються ударних навантажень, наприклад, клеймам, зубилом, сокир, молотків, вирубним пуансонах. Ці інструменти виготовляють з доевтектоїдних сталей У7, 6ХС, 7ХС, відсутність цементиту в яких забезпечує достатню в'язкість.

друге перетворення при відпустці - перетворення аустеніту залишкового в мартенсит відпущений. При температурах відпустки 250-300 оЗ залишковий аустеніт збіднюється вуглецем і легуючими елементами. В результаті цього температури точок Мн і Мк підвищуються (рисунок 11.2). Наприклад, при загартуванню стали У12 температура кінця мартенситного перетворення становить мінус 100 0З, що призводить до утворення великої кількості залишкового аустеніту (близько 50%).

Малюнок 11.2 - Зміна температури закінчення мартенситного перетворення в стали У12 при зниженні вмісту вуглецю в аустеніт

У процесі нагрівання при відпустці залишковий аустеніт збіднюється вуглецем до 0,4%, що призводить до підвищення температури кінця мартенситного перетворення від - 100 0З до +100 0С (т. Е. На 200 0С, згідно з малюнком 11.2). Під час вилучення заготовки з печі температура її знижується від 250 0З до 100 0З, що призводить до перетворення аустеніту в гартівний Мартенсом. У процесі подальшого зниження температури (до 80 0С) завершується перше перетворення при відпустці і утворюється мартенсит відпустки. Таким чином, продуктом розпаду залишкового аустеніту є гетерогенна суміш, що складається з мартенситу відпустки і цементиту (Fe3С). Освіта цементиту може протікати як шляхом перебудови решітки e-карбіду в решітку цементиту, так і безпосереднім виділенням вуглецю з решітки аустеніту.

третє перетворення - Перетворення мартенситу відпустки в тонку ферріто-цементітную суміш. До початку третього перетворення (t »300 оС) сталь складається з маловуглецевої мартенситу (С »0,1%) з кубічної гратами і когерентно пов'язаних з нею виділень e-карбідів. При температурах 350-400 оЗ завершується процес виділення надлишкового вуглецю з мартенситу і перетворення його в ферит (вміст вуглецю в твердому розчині стає рівним 0,01%, що відповідає його рівноважної концентрації в фериті). У міру зниження концентрації вуглецю в твердому розчині відбуваються збільшення кількості цементиту і зростання його кристалів. На певному етапі цього процесу відбувається зрив когерентності між гратами цементиту і фериту. Це призводить до зниження внутрішніх напружень і викликає значне зменшення твердості і міцності (? 40HRC). До кінця третього перетворення утворюється дисперсна (тонка) феррітокарбідная суміш зернистого вигляду, звана троостита відпустки. Характерною особливістю цієї структури є високий межа пружності, що обумовлює використання її при виготовленні пружних елементів: пружин, ресор.

четверте перетворення - Коагуляція і сфероідізація карбідів. Підвищення температури відпустки до 500-600 оС не викликає фазових перетворень, але внаслідок розвитку дифузійних процесів реалізується прагнення системи до зниження вільної енергії через зменшення поверхневої енергії в процесі об'єднання груп дрібних зерен в більші. Тому при цих температурах основними процесами є що почалися на стадії третього перетворення коагуляція і сфероідізація карбідів. Утвориться структура являє собою більш грубу (велику), ніж після третього перетворення феррітокарбідную суміш зернистого типу, звану сорбітом відпустки. Укрупнення зерен призводить до зниження міцності властивостей (до 25 HRC), але округлення форми зерен обумовлює зниження напруги, що виникає в процесі навантажень (див. Рисунок 9.5), підвищення ударної в'язкості, що в сукупності веде до підвищення захисту виробів від раптового крихкого руйнування. Сорбіт відпустки використовують для виготовлення відповідальних деталей машин, що працюють у важких умовах навантаження (знакозмінних навантаженнях і складних напружених станах), наприклад: валів, осей, піввісь, шатунів, колінчастих валів тощо.

Загальна закономірність зміни механічних властивостей при підвищенні температур відпустки полягає в зниженні міцності (sВ, НВ) і зростанні характеристик пластичності (d, y) і особливо ударної в'язкості (KCU).

Залежно від температури розрізняють три різновиди відпустки: низький, середній і високий.

низьким відпусткою називають нагрівання загартованої сталі до температур, що не перевищують 200 оС. Така відпустка практично не викликає зниження твердості загартованої сталі; утворюється структура - відпущений мартенсит. Така відпустка рекомендується при термічній обробці інструментальних сталей і цементованих деталей.

середнім відпусткою називають нагрівання загартованої сталі до температур 350-450 оС. Така відпустка викликає деяке зниження твердості; утворюється структура - троостіт відпустки. Цей вид відпустки рекомендується при термічній обробці ресор і пружин.

високим відпусткою називають нагрівання загартованої сталі до температур 500-600 оС. Така відпустка викликає значне зниження твердості загартованої сталі; утворюється структура - сорбіт відпустки.

Сорбіт відпустки забезпечує гарне сполучення властивостей - достатньої міцності, в'язкості і пластичності. Загартування сталі з подальшим високим відпуском називається термічного поліпшення. Ця обробка рекомендується для середньовуглецевих (поліпшуються) конструкційних сталей, що застосовуються для виготовлення відповідальних деталей машин.

Контрольні питання

1 Дати визначення відпустки, вказати види відпустки і область їх застосування.

2 Викласти сутність і механізм чотирьох перетворень, що протікають в процесі відпустки загартованої сталі, вказати які утворюються при цьому структури.

3 Дати визначення утворюються при відпустці структур, вказати їх властивості та області застосування.

 



|

| У другій частині лабораторного практикуму містяться основні теоретичні положення і методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу «Матеріалознавство». | Лабораторна робота № 8. Структура і властивості вуглецевої сталі в рівноважному стані | | | | | | Завдання до роботи |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати