Главная Обратная связь Поможем написать вашу работу!

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Краткие теоретические сведения. Закалка – это термическая обработка, при которой главным процессом является формирование неравновесной структуры во время ускоренного охлаждения



Закалка – это термическая обработка, при которой главным процессом является формирование неравновесной структуры во время ускоренного охлаждения. Различают два вида закалки: закалка без полиморфного превращения и закалка с полиморфным превращением.

Углеродистые и низколегированные стали, в отличие, например, от некоторых цветных сплавов, подвергают закалке с полиморфным превращением.

Закалка с полиморфным превращением (или закалка на мартенсит) – это термическая обработка сплава, при которой главным является мартенситное превращение высокотемпературной фазы. Поэтому закалку углеродистых сталей называют закалкой на мартенсит. Такая закалка применяется для получения максимально возможной твердости и износостойкости стали.

Основными параметрами закалки являются температура нагрева, время выдержки и скорость охлаждения.

Первым этапом закалки является нагрев стали. В боль­шинстве случаев цель нагрева стали – получение аустенитной структуры. Температура нагрева стали под закалку зависит от количества углерода.

Доэвтектоидную сталь необходимо нагревать до температуры на 30-50 °С выше критической точки Ас3 (рис. 17.1). При таком нагреве происходит полная фазовая перекристаллизация (Ф + П → А), поэтому закалка называется полной. При неполной закалке происходит неполная фазовая перекристаллизация, т. е. сталь нагревают до межкритических температур – между критическими точками Ас1 и Ас3 (рис. 17.1).

Эвтектоидную и заэвтектоидную стали нагревают на 30-50 °С выше критической точки Ас1 (рис. 17.1). Для заэвтектоидной стали такая закалка будет неполной, потому что при нагреве происходит частичная фазовая перекристаллизация (П + ЦII → А + ЦII).

Для некоторых легированных сталей температура нагрева под закалку значительно превышает критические точки АС1 и АС3 (на 150-250 °С), что необходимо для перевода в твердый раствор специальных карбидов и получения требуемой легированности аустенита. Такое повышения температуры не ведет к значительному росту зерна, так как нерастворимые частицы карбидов тормозят рост зерна аустенита.



 

 

Рисунок 17.1 – Левая нижняя часть диаграммы Fe-C. Оптимальный интервал температур для нагрева стали под закалку

 

Второй этап – это выдержка, которая должна обеспечить полный прогрев изделия по сечению и завершение фазовых превращений, а также полную гомогенизацию аустенита (т. е. равномерное распределение углерода в аустенитной структуре). Время выдержки зависит от размеров и формы изделия, а также от темпера­туры нагрева. Чем больше размеры изделия, тем больше время выдержки. Чем выше температура нагрева (при прочих равных условиях), тем меньше время выдержки. В таблице 17.1 показано время нагрева и выдержки образца или детали из углеродистых сталей в зависимости от температуры нагрева, их формы и размеров. Для легированных сталей это время может быть увеличено на 10-20 %.

 

Таблица 17.1 – Продолжительность нагрева образцов или деталей из углеродистых сталей (в минутах) на 1 мм их диаметра или толщины

 

Температура нагрева, °С Форма изделия
Круг Квадрат Пластина
2,0 1,5 1,0 0,8 0,4 3,0 2,2 1,5 1,2 0,6 4,0 3,0 2,0 1,6 0,8

 

Третий этап – это охлаждение стали. Скорость охлаждения стальных образцов или деталей должна быть не ниже критической (Vкр.).

Критической скоростью закалки (Vкр.) называется минимальная скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит. Критическая скорость закалки неодинакова для различных сталей и зависит от устойчивости аустенита, определяемой химическим составом стали.



Углеродистые стали имеют высокую критическую скорость закалки (800-200 гр./с). Причем, наименьшей критической скоростью закалки обладает эвтектоидная сталь. Чем крупнее зерно аустенита и больше его однородность, тем меньше критическая скорость закалки. Критическая скорость закалки для углеродистых сталей обеспечивается закалкой в воде или водных растворах солей или щелочей.

Легирующие элементы, повышая устойчивость аустенита, резко снижают критическую скорость закалки. Например, при введении 1 % Cr в сталь с 1 % углерода критическая скорость закалки уменьшается в 2 раза, а при введении 0,4 % Мо критическая скорость закалки уменьшается от 200 до 50 гр./с. Сильно снижают критическую скорость закалки марганец и никель, в меньшей степени ее снижает вольфрам. Для многих легированных сталей критическая скорость закалки снижается до 20-30 гр./с и ниже. Кобальт является единственным легирующим элементом, повышающим критическую скорость закалки.

Для закалки легированных сталей используют минеральное масло, обеспечивающее меньшую скорость закалки в мартенситном интервале температур, а, следовательно, меньшие закалочные напряжения.

При охлаждении стали со скоростью не ниже критической, диффузия углерода в кристаллической решетке железа произойти не успеет, а кристаллическая решетка g-железа, путем сдвига атомов железа друг относительно друга на расстояния меньше межатомных, перестраивается в a-железо. Так как диффузия атомов углерода и железа отсутствует, т. е. процесс является бездиффузионным, то содержание углерода в решетке a-железа будет равно содержанию углерода в решетке g-железа аустенита, в результате чего решетка a-железа оказывается пересыщенной углеродом, деформируется и становится тетрагональной (рис. 17.2 а). Эта новая фаза с тетрагональной кристаллической решеткой железа называется мартенситом.



 

 
а) б) х1000  
Рисунок 17.2 – Схема кристаллической решетки (а) и микроструктура (б) мартенсита  

Мартенсит– это пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в a-железо. Тетрагональность решетки мартенсита вызвана наличием в ней избыточно­го количества углерода (свыше 0,006 % С при комнатной температуре).

Мартенсит высокоуглеродистых сталей имеет игольчатое строение (рис. 17.2 б), высокую твердость и низкую пластичность. Чем больше содержание углерода в мартенсите, тем больше искажение кристаллической решетки, т. е. больше отношение параметров решетки с/а, называемое степенью тетрагональности, и, следовательно, выше твердость кристаллов мартенсита. Скорость образования кристаллов мартенсита очень велика и достигает 1000 м/с. Атомы железа при перестройке γ→α смещаются упорядоченно, в строго определенных кристаллографических направлениях. Мартенсит в высокоуглеродистых сталях может иметь твердость до 65 НRC. Высокая твердость мартенсита обусловлена, во-первых, искажениями кристаллической решетки и, соответственно, большими внутренними напряжениями. Во-вторых, возникновением фазового наклепа вследствие увеличения объема при превращении аустенита в мартенсит (плотность упаковки ГЦК решетки больше, чем ОЦК решетки), в результате чего плотность дислокаций в мартенсите достигает уровня плотности дислокации холоднодеформированной стали и равняется 1010–1012 см-2.

 

Задание

1. Получить у лаборанта образцы углеродистой и низколегированной стали для проведения закалки.

2. Замерить твердость стали в исходном состоянии.

3. Определить температуру и продолжительность нагрева образцов исследуемых сталей (рис. 17.1 и табл. 17.1).

4. Провести закалку образцов углеродистой стали в воде, а низколегированной стали в масле.

5. Определить твердость стали после закалки.

6. Результаты представить в виде протокола ис­пытаний (табл. 17.2).

 

Таблица 17.2 – Протокол испытаний

 

Марка сталей Содержание углерода, % Твердость стали до закалки, HRC Температура нагрева стали, °С Продолжи-тельность нагрева, мин. Среда охлаждения Твердость стали после закалки, HRC Микроструктура стали после закалки
                 

Контрольные вопросы

1. Какому виду закалки подвергают углеродистые и низколегированные стали?

2. Какая скорость называется критической скоростью закалки?

3. Как определить температуру закалки доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной сталей?

4. Как рассчитать продолжительность нагрева стальных образцов или деталей при закалке?

5. Что такое мартенсит? Назовите особенности мартенситного превращения.

6. Какую решетку имеет мартенсит?

7. Какова природа высокой твердости мартенсита?


Лабораторная работа 18

 

ОТПУСК УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Цель работы

1. Получить практические навыки проведения закалки и отпуска углеродистой стали.

2. Исследовать влияние температуры отпуска на структуру и твердость углеродистой стали.

3. Исследовать влияние отпускной хрупкости на ударную вязкость легированной стали.

 


Просмотров 338

Эта страница нарушает авторские права




allrefrs.ru - 2021 год. Все права принадлежат их авторам!