авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Восточно-Сибирский государственный технологический университет» ...»

-- [ Страница 2 ] --

1). Углеродистые стали обыкновенного качества Рис 2. Влияние углерода на механические свойства стали. Углеродистая сталь обыкновенного качества общего Твердые и хрупкие частицы цементита повышают назначения поставляется по ГОСТ 380-71 мартеновского или сопротивление движению дислокаций, т.е. повышают 70 конвертерного производства. Из этой стали изготавливают более 0,08 %. Механические свойства стали при комнатной сортовой прокат - швеллеры, уголки, балки, лист, трубы, температуре в состоянии после нормализации приведены в проволоку и т.д. таблице 1.

Стали подразделяются на 3 группы: А, Б, В. Сталь Для деталей сложной формы, работающих при группы А поставляется с гарантированными механическими относительно низких температурах, применяются отливки из свойствами. В группу А входят стали, маркируемые от Ст0 углеродистой стали (табл. 2).

до Ст6. Номер марки - условная цифра. Чем выше номер, тем больше в стали углерода и выше ее прочностные свойства. Таблица Механические свойства некоторых углеродистых Стали этой группы применяются для изготовления деталей и конструкционных сталей элементов конструкций, не проходящих термической Марк в 0,2,, KCU обработки, Необходимая прочность изделия обеспечивается, Дж/см а стали МПа МПа % % выбором стали соответствующей марки.

Если детали должны проходить термическую 10 34 21 3 5 обработку, то их изготавливают из стали, поставляемой по 0 0 1 группе Б, с гарантированным химическим составом. Стали 15 38 23 2 5 этой группы имеют в начале марки букву Б, например, 0 0 7 БСтЗкп.

20 42 25 2 5 Для сталей группы В одновременно гарантируются химический состав и механические свойства. В начале 0 0 5 обозначения марки сталей этой группы ставится буква В, 25 46 28 2 5 например, ВСт2пс. Сталь этой группы выпускается шести 0 0 3 категорий. Для всех шести категорий гарантируются 30 50 30 2 5 временное сопротивление и химический состав.

0 0 1 2). Качественная углеродистая сталь 35 54 32 2 4 Для изготовления более ответственных деталей 0 0 0 применяется качественная углеродистая сталь общего 40 58 34 1 4 назначения, поставляемая по ГОСТ 1050-74.

0 0 9 Марка стали отражает среднее содержание углерода в 45 61 36 1 4 сотых долях процента. Например, сталь 20, широко 0 0 6 используемая в котлостроении в виде листа и труб, содержит около 0,20 % углерода (0,17-0,24 %). В сталях всех марок допускается содержание серы не более 0,040 %, фосфора - не 3). Инструментальные стали.

более 0,035 %, меди и никеля - не более 0,25 %, мышьяка - не 72 К этой группе относятся стали У7, У8, У9А, У10А- В структуре заэвтектоидных сталей У10А-У13А в У13А и др., а также низколегированные стали, содержащие закаленном состоянии наряду с мартенситом присутствуют до 5 % легирующих элементов. Цифра в маркировке избыточные карбиды. Углеродистые инструментальные обозначает десятые доли процента углерода. стали необходимо охлаждать в воде или водных растворах Оптимальные температуры закалки углеродистых щелочей вследствие небольшой прокаливаемости и инструментальных сталей показаны на рисунке 3. закаливаемости, но в этом случае возникает опасность коробления и возникновения трещин.

Для уменьшения коробления и вероятности Таблица Свойства отливок с толщиной стенки до 100 мм возникновения трещин углеродистые стали подвергают после нормализации или нормализации с отпуском комбинированной или ступенчатой закалке. Сталь после (ГОСТ 977-88) закалки имеет значительную хрупкость, поэтому после Марка Категория В 0,2,,, закалки необходим отпуск.

KCU стали качества МПа МПа % % Температура отпуска назначается 150-290° С для снятия Дж/с напряжений и сохранения высокой твердости.

м2 Назначение сталей: напильники, круглые плашки, Отливки общего назначения ножевые полотна, метчики, холодновысадочные матрицы и 15Л К20 196 392 24 35 49,1 пуансоны.

20Л К20 216 412 22 35 49,1 Низколегированные углеродистые стали марок 9ХФ, 25Л К20 235 441 19 30 39,2 1IX. 11ХФ. 13ХФ, ХВГ, ХВСГ, 9ХС, ШХ15 обладают Отливки ответственного назначения большей прокаливаемостью и закаливаемостью, что позволяет выполнять охлаждение при закалке в масле и 30Л К25 255 471 17 30 34, значительно уменьшить деформацию инструмента. Из них 35Л К25 275 491 15 25 34, изготавливают те же виды инструмента, что и из 40Л К30 294 520 14 25 29, углеродистых, но большего диаметра и длины.

Отливки особо ответственного назначения 45Л К30 314 540 12 30 29, III. Задание 1. Провести испытание на твердость (НВ) и ударную вязкость сталей с содержанием углерода 0,2 %, 0,4 %, 0,6 %, 0,8 %, 1,2 % (стали марок 20, 40, 80, У8, У12) в равновесном состоянии.

2. По полученным результатам построить графики и сделать вывод о влиянии углерода на свойства сталей.

Рис. 3. Температуры закалки углеродистых инструментальных сталей 74 IV. Контрольные вопросы 1. Описать микроструктуру стали 50. Указать область применения этой стали в промышленности.

2. Описать микроструктуру стали 40. Указать область применения этой стали в промышленности.

3. Описать микроструктуру стали 65. Указать область применения этой стали в промышленности.

4. Указать область применения стали ВСтЗ.

5. Описать микроструктуру сталей 20 и 45. Указать какая сталь лучше обрабатывается давлением. Почему?

6. Описать микроструктуру стали У12. Указать область применения этой стали в промышленности.

7. Сравнить механические свойства сталей 30 и У8.

Определить их назначение.

эвтектические (4,3% углерода - сплав II) и заэвтектические Лабораторная работа (больше 4,32% углерода - сплав III).

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ ХИМИЧЕСКИМ СОСТАВОМ, СТРУКТУРОЙ И СВОЙСТВАМИ ЧУГУНОВ I. Цель работы Изучить взаимосвязь химического состава, структуры и механических свойств чугунов. Ознакомиться с особенностями получения различных видов чугунов и областью их применения. Изучить маркировку чугунов.

II. Сведения из теории.

Чугунами называются сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14 % углерода.

Структура чугуна, и, следовательно, его механические Рис 1. Диаграмма состояния Fe - Fe3C и кривые охлаждения свойства зависят не только от химического состава, но и от для доэвтектического (I), эвтектического (II) и заэвтектического условий кристаллизации и охлаждения отливки, а также (III) белых чугунов режима ее термической обработки.

В зависимости от того, в какой форме присутствует Сплав II - эвтектический белый чугун (4,3%), углерод в сплаве, различает белые и серые чугуны.

кристаллизуется при эвтектической температуре Белыми называются чугуны, в которых весь углерод изотермически с одновременным выделением двух фаз находится в связанном состоянии в виде химического аустенита состава точки Е и цементита. Образующаяся соединения Fe3C называемого цементитом. Такое название эвтектическая смесь этих фаз называется ледебуритом.

он получил по виду излома, который имеет матово-белый Фазовый состав ледебурита, как и любой эвтектики, цвет. Фазовый состав белого чугуна (при нормальной постоянен, при дальнейшем охлаждении концентрация температуре) цементит и феррит. Фазовые превращения, углерода в аустените вследствие уменьшения растворимости протекающие в этих чугунах при нагреве и охлаждении, уменьшается (в соответствии с линией диаграммы ES).

отражает диаграмма Fe-Fe3C, представленная на рисунке 1.

Углерод выделяется из аустенита в виде вторичного По содержанию углерода в чугунах их делят на цементита (Ц11) и к температуре эвтектоидного превращения доэвтектические (2,14 - 4,3 % углерода - сплав I), аустенит приобретает концентрацию углерода, равную 0,8%.

77 При температуре эвтектоидного превращения (линия PSK - При этом аустенит, входящий в состав ледебурита, 727° С) аустенит в ледебурите претерпевает эвтектоидное также превращается в перлит, поэтому ледебурит при превращение, в результате которого образуется эвтектоидная температуре выше 727° С представляет собой смесь смесь феррита состава точки Р и цементита - перлит. цементита с аустенитом, а ниже этой температуры Рассмотренные превращения можно описать цементита с перлитом (ледебурит превращенный).

следующим образом: Этот процесс можно записать следующим образом:

Жс ледебурит [АЕ + ЦF] [As + Ц П + ЦF) AS + Цп + ледебурит [As + Цп + ЦF] перлит (ФР + Цк) ледебурит [перлит (ФР + Цк) + Цп + ЦF] + Цп + ледебурит [перлит (ФР + Цк) + Цц +ЦF].

Схематическое изображение, структуры сплава II при Конечная структура сплава 1 при комнатной комнатной температуре приведено на рисунке 2, б. температуре изображена на рисунке 2, а.

Сплав 1 - доэвтектический белый чугун (С 4,3%)- Сплав III заэвтектический белый чугун с содержанием Кристаллизация начинается с выделения аустенита из углерода от 4,3 до 6,67 %. В заэвтектических чугунах жидкого раствора. Этот процесс идет в интервале температур кристаллизация начинается с выделения из жидкого раствора точек 1-2, (рис.1.). К температуре точки 2 сплав приобретает кристаллов первичного цементита. В сплаве III цементит фазовый состав Жс + AЕ. Количественное соотношение фаз первичный выделяется в интервале температур точек 1-2, при определяется соотношением отрезков Е2 и 2С. При этом состав жидкой фазы меняется по линии ДС диаграммы температуре точки 2 (лежащей на линии эвтектического (рис. 2), и при температype эвектического превращения (т. превращения ECF) жидкая часть сплава, имеющая состав на линии ЕСР) жидкость приобретает состав точки С (4,3 %).

точки С, превращается в ледебурит: Оставшаяся часть жидкости этого состава (ее количество Жс + AЕ. ледебурит [АЕ + ЦF] + АЕ. определяется отрезком 2F) претерпевает эвтектическое превращение с образованием ледебурита - эвтектической При последующем охлаждении из аустенита, как смеси аустенита с цементитом. При дальнейшем охлаждении входящего в структуру ледебуритной эвтектики, так и происходят превращения в твердом состоянии такие же, как структурно свободного выделяется вторичный цементит.

и в сплавах I и II.

Цементит, выделившийся из структурно свободного Рассмотренные превращения можно записать, начиная с аустенита, образует самостоятельную составляющую.

точки 2:

Цементит же, выделяющейся из аустенита ледебурита, Жc + Ц1 ледебурит [АЕ + ЦF] + Ц1 ледебурит наслаивается на уже имеющиеся в ледебурите цементитные [As + ЦП + ЦF] + Ц1 ледебурит [перлит (ФР + ЦК) + ЦП+ частицы. При температуре эвтектоидного превращения (линия PSK - 727°С) аустенит, концентрация углерода в ЦF] + Ц котором становится равной 0,87 % (в соответствии с линией При охлаждении от температуры 727° С до комнатной ES аустенит приобретает концентрацию точки S), температуры во всех сплавах (I, II, III) в соответствии с претерпевает, как и в углеродистых сталях, эвтектоидное линией диаграммы PQ, 0,02 до 0,006%, в связи с чем он будет превращение, т.е. распадается с образованием эвтектоидной смеси феррита с цементитом - перлита.

79 (структура графита). Образование стабильной фазы графита в чугуне может происходить в результате непосредственного выделения его из жидкого (или твердого) раствора или вследствие распада предварительно образовавшегося цементита Fe3C. Процесс образования в чугуне (или стали) графита называют графитизацией. Диаграмма состояния стабильного равновесия сплавов Fe-C показана на рисунке (штриховые линии соответствуют выделению графита, сплошные - цементита).

В стабильной системе при температурах соответствующих линий С’Д’ кристаллизуется первичный графит. При температуре 1153° С (линия E’C’F’) обнаруживается графитная эвтектика: аустенит + графит.

По линии E’S’ выделяется вторичный графит, а при температуре 738° С (линия P'S'K’) образуется эвтектоид, состоящий из феррита и графита. Если при эвтектической кристаллизации выделяется только графит, то чугун называют серым, если графит и цементит, то половинчатым, и, если только цементит - белым.

Вероятность образования в жидкой фазе (или аустените) метастабильного цементита, содержащего 6,67 % С, значительно больше, чем графита, состоящего только из атомов углерода.

Графит образуется при очень малой скорости охлаждения, когда степень переохлаждения жидкой фазы невелика. Ускоренное охлаждение жидкой фазы частично Рис 2. Микроструктура белых чугунов:

или полностью прекращает кристаллизацию графита и а - доэвтектического, б - эвтектического, способствует образованию цементита.

в - заэвтектического.

выделяться из феррита в виде третичного цементита (ЦIII), который в белых чугунах структурно не обнаруживается.

Схематическое изображение структуры сплава III при комнатной температуре приведено на рисунке 2, в.

Серыми называют чугуны, в которых или весь углерод, или его часть присутствует в свободной равновесной форме происходит сдвиг между плоскостями, и графит разрушается при небольшом приложении силы. (Это свойство графита используется в грифелях карандашей).

Рис 4. Кристаллическая структура графита Рис 3. Диаграмма Fe-C (сплошные линии - образование цементита, штриховые - графита) Большое влияние на процесс графитизации оказывает химический состав чугуна. Элементами, способствующими При охлаждении жидкого чугуна присутствуют графитизации, являются С, Ni, Cu, Si и др. К отбеливающим различные включения (графит, SiO2, A12O3 и др.). Эти элементам, препятствующим графитизации, относятся Mn, S, частицы облегчают образование и рост графитных Cr, W и др. Практически наиболее важными элементами, зародышей. При наличии готовых зародышей процесс всегда входящими в состав чугунов, является кремний и образования графита может идти и при температурах, марганец. Изменяя в чугуне содержание кремния при лежащих ниже 1147 °С.

постоянном содержании марганца, получают различное Углерод может существовать в двух аллотропических количество углерода в связанном виде, т.е. различную формах - алмаз и графит. Алмаз - редкая форма степень графитизации. Влияние скорости охлаждения и существования углерода и в сплавах не встречается.

содержания углерода и кремния на степень графитизации В железоуглеродистых сплавах в свободном виде чугунов иллюстрируется структурными диаграммами, углерод находится в виде графита. Кристаллическая приведенными на рисунке 5.

структура графита - слоистая (рис. 4.) Расстояние между Графит, образующийся из жидкой фазы, растет из атомами углерода, лежащими в одной плоскости, составляет одного центра и, разветвляясь в разные стороны, приобретает 0,142 нм, а расстояние между плоскостями - 0,340 нм, т.е.

форму сильно искривленных лепестков. В плоскости шлифа между атомами плоскостей связи выражены слабее, чем такой графит имеет вид прямолинейных или закругленных между атомами одной плоскости. В связи с этим легко 83 пластинок, которые представляют собой сечение графитных следовательно, количество связанного углерода отвечает лепестков (пластинчатый графит). Являясь неметаллической доэвтектоидной концентрации).

составляющей, графит хорошо виден на полированной непротравленной поверхности шлифа, поэтому оценка отливок серого чугуна по графитным включениям производится на образцах, не подвергающихся травлению.

Рис 5. Структурная диаграмма для чугуна, показывающая, какой должна получиться структура в отливке в зависимости от: Рис 6. Классификация чугуна по структуре металлической а - содержания кремния и углерода (толщина стенки 50 мм);

основы и форме графитных включений б - суммы содержаний углерода и кремния и от толщины стенки;

I - белые чугуны;

II - перлитные чугуны;

III - серые ферритные 3. Перлит + графит (количество связанного углерода чугуны соответствует эвтектоидному составу).

Первым структурным фактором, влияющим на свойства Степень графитизации определяет характер серого чугуна, является характер графитных включений. Чем металлической основы серых чугунов. В зависимости от мельче графитные пластины и чем больше они изолированы того, какая часть углерода содержится в чугуне в связанном друг от друга, тем выше прочностные свойства чугуна при состоянии, различают серые чугуны с ферритной,. ферритно одной и той же металлической основе. Такая структура перлитной и перлитной основой, рисунки 6, 7.

получается модифицированием, т.е. введением в жидкий 1. Феррит + графит (углерода в связанном состоянии сплав небольшого количества модификаторов практически нет, он весь выделяется в виде графита).

(ферросилиций, силикокальций).

2. Феррит + графит + перлит (структура металлической Более благоприятная структура графита, а основы аналогична структуре доэвтектоидной стали, следовательно более высокие механические свойства, получаются при введении в жидкий чугун небольшого Графит при кристаллизации приобретает шаровидную количества магния или церия. форму, и такой чугун с глобулярным графитом называется высокопрочным.

Характер металлической основы серого чугуна является вторым структурным фактором, оказывающим влияние на свойства серого чугуна. Твердость и прочность чугуна повышаются с увеличением в металлической основе количества перлитной составляющей.

Рис 8. Фосфидная эвтектика в чугуне В серых чугунах встречается также структурная составляющая, называемая фосфидной эвтектикой. Наличие ее обусловлено присутствием в чугуне фосфора. Фосфидная эвтектика (рис. 8.) улучшает жидкотекучесть чугуна;

будучи очень твердой составляющей, она также повышает его твердость и износостойкость. При значительном количестве в структуре чугуна, фосфидная эвтектика затрудняет его обработку резанием.

Серый чугун является одним из важнейших литейных материалов, т.к. характеризуется высокими литейными Рис 7. Форма включений графита в чугуне:

свойствами, удовлетворительными механическими а - пластинчатая;

б - шаровидная;

в – хлопьевидная свойствами, хорошей обрабатываемостью, высокой износостойкостью, малой чувствительностью к качеству 87 обработки поверхности (надрезам) и дешевизной. Ковким замедленном охлаждении в интервале эвтектоидных чугуном называется чугун, получаемый отжигом температур) - нераспавшийся вторичный цементит и доэвтектического белого чугуна. При отжиге цементит цементит перлита, образовавшегося при переходе через белого чугуна распадается, и углерод выделяется в температуру эвтектоидного превращения.

свободной форме (графит в виде хлопьевидных включений). Чугун, полученный по такой схеме отжига, имеет структуру металлической основы - феррит- и называется ферритным ковким чугуном, режим I на рисунке 9. Он обладает повышенной пластичностью, значительной прочностью, хорошей обрабатываемостью, резанием.

Рис 9. График отжига белого чугуна на ковкий. Структура металлической основы: режим I - ферритная;

режим II - ферритно перлитная;

режим III - перлитная а б Получение той или иной структуры металлической основы ковкого чугуна обуславливается режимом отжига. На Рис 10. Микроструктура ферритного ковкого чугуна рисунке 9 приведена схема отжига белого чугуна на ковкий.

(а) и микроструктура перлитного высокопрочного чугуна (б).

Если отжиг приводить по режиму I (такому отжигу, как правило, подвергают малоуглеродистый чугун, содержание С Если отжиг проводить по режиму III (рис. 9), без второй = 2,7-5-2,9 %), то при этом распадается весь цементит, изотермической выдержки, то в этом случае процесс имеющейся в белом чугуне: на первой стадии графитизации сопровождается только разложением эвтектического и (выдержка при 950° С) распадается, в основном, вторичного цементита, а получаемый чугун имеет структуру эвтектический цементит;

на промежуточной стадии - в металлической основы - перлит. Такой чугун называется процессе охлаждения до температуры второй перлитным ковким чугуном. Иногда в таком чугуне вокруг изотермической выдержки - весь или большая часть графита наблюдается ферритная оторочка (рис.11), что выделяющегося вторичного цементита;

а на второй стадии объясняется разложением некоторой части цементита графитизации при температуре 720-740° С (или при 89 перлита. Перлитный чугун характеризуется меньшей Особенно ценным является ковкий чугун со структурой пластичностью, чем ферритный ковкий чугун (рис.12). зернистого перлита (сфероидизированного). Такая структура получается специальной термической обработкой сфероидизирующим отжигом чугунов, содержащих повышенное количество марганца (0,8 1,0 %) или небольшие добавки хрома.

Ковкий чугун со структурой зернистого перлита обладает большой прочностью при сравнительно высокой пластичности:

В, = 400-600 МПа, = 10,0-4,0 %, а также хорошей обрабатываемостью, повышенными антифрикционными свойствами и более высокой, чем у серого и ковкого ферритного чугуна, коррозийной стойкостью.

Маркировка серых чугунов, их назначение.

Все виды чугунов разделяются на марки в зависимости от значений механических свойств.

Серый чугун с пластинчатой формой графита маркируется буквами СЧ (серый чугун) и числом, показывающим минимальное значение предела прочности Рис 11. Микроструктура ферритного (а), ферритно чугуна при растяжении (табл. 6).

перлитного (б), и перлитного (в) серого чугуна с пластинчатым Предел прочности при изгибе у чугунов графитом приблизительно в два раза выше предела прочности при растяжении;

в свою очередь предел прочности при сжатии в Если в процессе второй изотермической выдержки в 3-5 раз выше предела прочности при растяжении, то есть районе температуры эвтектоидного превращения процесс приближенно можно принять, что АВ раст. = 2Визг. = В сж.

графитизации проводится не до конца (режим II), то часть Как видно из таблицы 6, лучшим по свойствам является перлита сохраняется, и структура металлической основы чугун марки СЧ 45. Такой чугун называется будет феррито-перлитной.

высококачественным, он имеет структуру перлита с Отжигу на перлитный ковкий чугун подвергается мелкопластинчатыми включениями графита. Включения обычный ваграночный чугун с содержанием углерода 3,2 + мелкопластинчатого графита придают чугуну хорошие 3,6 %. В этом случае для выгорания некоторого количества механические свойства: он одновременно имеет повышенную углерода отжиг проводят в окислительной среде - отливки твердость и износостойкость, обусловленную перлитной упаковывают в ящики с железной рудой.

структурой металлической основы.

91 разбросом по химсоставу и низким содержанием серы и Таблица 6 фосфора выплавляется не в вагранке, а в электропечи. Это обстоятельство, а также применение термообработки Механические свойства серых чугунов (ГОСТ 1412 - 85) (нормализация с последующим высоким отпуском, сообщающая металлической основе чугуна структуру зернистого перлита), приводит к получению еще более Марка Предел Предел Твердост высоких свойств, чем указано в таблице 7., а именно:

чугуна прочности прочности ь в = 620 650 МПа, = 8 12 %, НВ = 190 240.

при растяжении, при изгибе, НВ Мпа (кгс/мм2) Мпа Таблица (кгс/мм2) Механические свойства высокопрочных чугунов 245 (25) 450 (46) 180 – (ГОСТ 7293-85) СЧ 25 294 (30) 490 (50) 180 – 342 (35) 490 (50) 197 – СЧ 390 (40) 585 (60) 207 – 285 Предел СЧ 440 (45) 635 (65) 229 - СЧ 40 прочности Предел Твердос СЧ 45 Марка при текучести Т,, % ть чугуна растяжении МПа НВ Из этого чугуна изготавливают такие ответственные (кгс/мм2) В, Мпа детали, как поршневые кольца двигателей внутреннего (кгс/мм2) сгорания и др.

Обычно одновременно с изготовлением детали ВЧ 45-5 441 (45) 323 (33) 5 160- отливают образцы для испытаний на растяжение и изгиб для ВЧ 50-2 490 (50) 343 (35) 2 180- подтверждения плавки требованиям чертежа. ВЧ 60-2 588 (60) 393 (40) 2 200- Высокопрочный чугун с шаровидными включениями ВЧ 70-2 686 (70) 441 (45) 2 229- графита также подразделяется на отдельные марки в зависимости от механических свойств, причем, основными показателями являются предел прочности при растяжении и относительное удлинение. Из чугуна, обладающего лучшими, чем у сталей, Сочетание высокой прочности и пластичности этих литейными свойствами, можно литьем (т.е. дешевым чугунов позволяет изготавливать из них ответственные способом) изготавливать детали сложной конфигурации. В изделия. Так, коленчатый вал легковой автомашины "Волга" ряде случаев деталь сложной конфигурации из менее изготавливают из высокопрочного чугуна состава: 3,4 3,6 прочного материала (чугуна) конструктивно оказывается %С;

l,8 2,2 % Si;

0,96 1,2 % Мп;

Сг - 0,16 0,3 %;

0,01 % прочнее простой по конфигурации детали из более прочного материала (стали).

S;

0,06 % Р;

0,01 0,03 % Mg. Чугун с таким малым 93 При производстве ковкого чугуна весьма существенно испытывающих низкие динамические нагрузки;

блоки получить при отливке чисто белый чугун, так как частичная цилиндров двигателей внутреннего сгорания, головки графитизация при литье и, следовательно, образование блоков, картеры, плиты и основания пластинчатого графита, вызовут при последующей металлообрабатывающих станков, тормозные барабаны, графитизации отложение графита на этих пластинках. Такой диски сцепления и т.д.

чугун будет иметь пониженные свойства, близкие к Ковкие чугуны применяются для изготовления деталей, свойствам простого серого чугуна. работающих при низких статических нагрузках (КЧ 30-6) Обычный состав ковкого чугуна таков: 2,4-2,8 % С, 0,8- гайки, фланцы, муфты, а также для деталей, работавших при 1,4 Si, % Мn, 0,1% S 0,2% Р. высоких статических и динамических нагрузках или в В таблице 8 приведены свойства ковкого чугуна. тяжелых условиях износа (КЧ 37-12, КЧ 45-6) - задний мост Маркировка его проводится следующим образом: автомобиля, поршневые пальцы, ступицы, муфты, коленвалы КЧ (ковкий чугун) и далее число, образующее предел и т.д.

прочности при испытании на растяжение, В, второе число, Сравнение механических свойств всех перечисленных обозначающее относительное удлинение, %. Не следует чугунов (см. табл. 6,7,8) показывает преимущество во многих думать, что "ковкий" чугун действительно куют обычным отношениях высокопрочных чугунов перед другими видами.

способом. Ковкий чугун - это старое название, которое Поэтому высокопрочный чугун с шаровидным графитом характеризует его повышенную пластичность по сравнению с можно применять при изготовлении деталей машин, обычными серыми чугунами (СЧ). подвергаемых ударам, действию переменных нагрузок, например, коленчатых валов, поршневых колец, Таблица 8 всевозможных втулок, зубчатых колес, картеров, кожухов и т.д. Следует также отметить, что высокопрочный чугун с Механические свойства ковкого чугуна шаровидным графитом по механическим свойствам Предел прочности превосходит и серый и ковкий чугуны, получается Твердость Марка чугуна при растяжении В,, % непосредственно в отливках, и для его производства не НВ Мпа (кгс/мм2) требуется длительного отжига.

КЧ 30 - 6 294 (30) 6 III. Задание КЧ 35 – 10 342 (35) 10 КЧ 45 – 6 440 (45) 6 1. Изучить микроструктуру образцов чугунов под КЧ 60 – 3 585 (60) 3 микроскопом.

2. Определить приблизительно содержание углерода в каждом образце.

Серые чугуны с пластинчатой формой графитных включений применяются для изготовления деталей, 95 3. Зарисовать микроструктуру образцов и указать 5. Два образца чугуна с содержанием углерода 2,7 % особенности в расположении фаз и структурных имеют следующие особенности: в первом 0,4 % С находится составляющих. в связанном состоянии в виде Fe3C остальной углерод - в 4. Решить одну задачу, указанную преподавателем. виде хлопьевидного графита, во втором - 0,8 % С в виде Fe3C, остальное - шаровидный графит. Описать способы получения чугунов, зарисовать (схематично) их структуры, указать IV. Контрольные задачи 1. Два чугунных образца имеют одинаковую феррито- принципы маркировки.

перлитную металлическую основу, но различаются формой 6. Два образца чугуна с одинаковым содержанием графитных включений: первый содержит шаровидный углерода 3,6 % имеют различную структуру: один из них графит, второй - хлопьевидный. Указать принципы содержит углерод в виде цементита, второй - 0,8 % С в виде маркировки чугунов, способы получения и привести цементита, а остальные в виде шаровидного графита.

(схематично) структуру. Описать способы получения указанных чугунов, изобразить 2. Отливки чугуна с содержанием углерода 3,4 %, их структуру.

полученные литьем в металлический кокиль, имеют 7. Два образца чугуна имеют содержание углерода различную твердость по сечению: в сердцевине НВ 240, а на 4,8%. В одном образце весь углерод находится в состоянии в поверхности НВ 327. По техническим условиям на детали виде Fe3C, во втором 0,4 % С в связанном состоянии, а твердость должна быть НВ 160-180. Изобразить (схематично) остальной углерод в виде графита пластинчатой формы.

и указать возможные структуры сердцевины и Зарисовать структуру указанных чугунов, указать пример поверхностных слоев отливок. Предложить способ маркировки.

исправления микроструктуры, обеспечивающей понижение 8. Три образца чугуна имеют в своем составе 2,7 % С. В твердости до требуемого уровня. первом образце весь углерод находится в виде цементита, во 3. Образец из чугуна СЧ-15 с феррито-перлитной втором - 0,4% С в виде цементита, а остальной углерод в основой и образец из чугуна КЧ 37-12 с ферритной основой виде хлопьевидного графита, в третьем - 0,8 % С в виде имеют одинаковую твердость (НВ 163). Указать способы карбида железа, а остальной углерод в виде графита получения, привести (схематично) структуру. шаровидной формы. Зарисовать структуры указанных 4. Литые заготовки деталей машин имеют структуру: чугунов, привести пример маркировки, способы получения перлит + цементит вторичный + ледебурит. Содержание и области применения этих чугунов.

углерода в чугуне составляет 3,0%. кремния - 0,8 %, марганца 9. Образец чугуна с содержанием углерода 2,5 % - 1,0 %, серы - 0,1 %, фосфора - 0,15 %. Часть заготовок нагрели до температуры 750° С. Определить количество должна иметь ферритную основу, часть - перлитную, а фазовых составляющих по правилу отрезков и состав фаз при остальные - феррито-перлитную. Выделения графита должны указанной температуре, если весь углерод у него находится в быть хлопьевидные. Указать режим термообработки отливок, виде карбида железа.

привести (схематично) их структуру. 10. Зарисовать структуру чугуна с содержанием углерода 3,0 %, если 0,8 % С находится в виде Fe3C, а 97 остальной углерод в виде графита хлопьевидной формы.

Указать принцип маркировки и способы получения этого чугуна.

11. Белый чугун с содержанием углерода 5,1% нагрели до температуры 1000° С. Определить количественное отношение и состав фаз при этой температуре. Зарисовать структуру чугуна при комнатной температуре.

12. Зарисовать и описать структуру белого чугуна с содержанием углерода 4,3 %. Определить количественное отношение и состав фаз при температуре 950° С.

13. Зарисовать структуру чугуна КЧ 37-12 с ферритной металлической основой, описать способы получения чугуна, принцип его маркировки.

14. Зарисовать структуру чугуна ВЧ 45-5, если весь углерод находится в свободном состоянии в виде графита.

Описать получение этого чугуна, принцип его маркировки.

V. Контрольные вопросы 1. Какие сплавы называются чугунами?

2. Что такое белый чугун?

3. Что такое ледебурит, при какой температуре он образуется?

4. Какие факторы способствуют графитизации?

5. Привести пример маркировки чугунов.

6. Что такое ковкий чугун как его получают?

7. Что такое высокопрочный чугун, как его получают?

8. Классификация чугунов по виду металлической основы и форме графитных включений.

скорость нагрева - VH, °C /мин;

Лабораторная работа скорость охлаждения – V0, °С/мин.

средняя VH =Т н /н ;

средняя V0 = Т н/ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ истинная при Тн: VOН= tg.

ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ I. Цель работы Закрепить и углубить знания по основам теории термической обработки стали, приобрести определенные навыки по организации, практическому осуществлению основных операций термообработки и проведению исследования влияния ее режима на структуру сталей с различным содержанием углерода.

II. Сведения из теории Углеродистые стали широко применяются для изготовления деталей, работающих в самых различных условиях. Требуемые при этом свойства обеспечиваются термической обработкой.

Термическая обработка - это совокупность процессов Рис 1. Схема циклов термообработки стали. Температуры нагрев;

до заданной температуры (Тн), выдержки при Тн и нагрева:

- Тн -для термообработки без перекристаллизации;

- Тн1 последующего охлаждения для придания металлу нужных для термообработки с неполной перекристаллизацией;

- Тн2 - для свойств путем целенаправленного изменения структуры. термообработки с полной перекристаллизацией.

Изменение структуры углеродистых сталей при термообработке происходит в процессах превращения П Каждый этап процесса важен, так как отклонение от оптимальных режимов на любом из них может привести к А, растворения (при нагреве) и образования при охлаждении браку (короблению, трещинам, перегреву, пережогу и др.) избыточных фаз:

Допустимые величины скоростей нагрева и охлаждения феррита - в доэвтектоидных сталях;

зависят от теплофизических свойств металла, конструкции и цементита - в заэвтектоидных.

размеров детали и других факторов и назначаются исходя из На рисунке 1 представлена схема процесса условия недопустимости трещинообразования и коробления термообработки.

детали выше обоснованных пределов.

Параметрами процесса являются:

Физически достижимая скорость нагрева определяется температура нагрева - Тн, °С;

его способами (нагрева), разностью температур среды время выдержки при Тн - в, мин. (ч);

100 нагрева и нагреваемого металла, массой детали и др. Более связано с увеличением числа зародышей аустенита и высокие скорости нагрева можно обеспечить, когда тепло повышением скорости их роста за счет ускорения диффузии генерируется в самом металле при использовании токов углерода и железа в ходе образования аустенита с высокой частоты и при контактном элекронагреве. содержанием 0,8 % С из феррита, содержащего 0,02% С, и Режим охлаждения задается скоростью снижения цементита с 6,67 % С (см. рис. 3 б).

температуры, а чаще - назначением охлаждающей среды. Из схем рисунка.2 следует вывод:

Механизм процесса Ф + Ц А предопределяет Выдержка при температуре нагрева (Тв) предназначена для выравнивания температуры по сечению детали, измельчение зерна стали и нежелательную разнозернистость завершения фазовых превращений и выравнивания аустенитной структуры.

химсостава образовавшихся фаз.

1. Превращения при нагреве эвтектоидной стали Целью нагрева является получение более равномерного распределения углерода по объему стали при нужной дисперсности зерна или уменьшение степени неравновесности структуры. Нагрев отожженной углеродистой стали до температуры АС1 изменений ее структуры практически не вызывает. При Тн AC1 перлит (П) Рис 2. Схема фазовых изменений в процессе П А превращается в аустенит (А). Это превращение совершается при Тн Ac1: 1 - образование зародышей кристаллов А;

2 и в соответствии с законами кристаллизации за счет - рост кристаллов и образование новых зародышей;

4 - конец одновременно протекающих диффузионных процессов:

процесса формирования аустенитной структуры.

превращения железа Fe с кристаллической решеткой ОЦК в Fe с решеткой ГЦК;

При нагреве до Ас1, убыль энергии GАС1 обеспечит распада цементита (Ц) Fe3C Fer+- С;

процесс П = А с небольшой с.р. при минимальном ч.з., растворения углерода (С) в Fer способных к росту (с размерами больше критического). Его 2. Механизм процесса превращения перлита в продолжительность будет максимальной. Увеличение аустенит температуры до ТН обеспечит процесс превращения П А При Тн Аc1 в зернах перлита на границах кристаллов при значительно больших GTH, ч.з., с.р. и скоростях феррита (Ф) и цементита образуются зародыши кристаллов диффузии железа и углерода. В результате время процесса аустенита (см. рис.2). Согласно термодинамике увеличение сократится.

ТН = Тн –A1 ведет к увеличению разности энергий Гиббса При охлаждении до Аг1 - G г1 будет достаточной для аустенита и перлита:

осуществления процесса А П при минимальных значениях Gтн = GА – GП = f (ТН) ч.з. и с. р. кристаллов феррита и цементита. При этом его Чем больше убыль энергии в ходе процесса продолжительность будет самой большой.

превращения перлита в аустенит, тем он активнее. Это Снижение температуры до Т1, увеличит энергетический Первый механизм имеет место при Тн = 900 - 1000 °С.

потенциал процесса А П до - GТ1, соответственно При этом, наряду с мелкими, образуются крупные зерна, т. е.

формируется разнозернистость. Второй механизм увеличится ч.з. и с.р. фаз Ф и Ц, а скорость диффузии реализуется при TH1000°C.

уменьшится.

Следует помнить, что величина зерна аустенита, образовавшегося в процессе нагрева при термообработке стали, определяет размер получающихся из него фаз и структурных составляющих. Так как мелкозернистая структура металла предпочтительнее крупнозернистой, то в производственной практике Тн ограничивают обоснованными пределами. В связи с тем, что рост зерна аустенита - процесс диффузионный, увеличение в способствует укрупнению его зерна, как и повышение Тн. Поэтому в надо назначать тоже обоснованно.

По склонности зерна аустенита к росту при нагреве Рис 3. Влияние температуры на изменение энергии различают два типа сталей: наследственно мелкозернистые и Гиббса П и А (а), на число зародышей (ч.з.) и скорость роста наследственно крупнозернистые (см. рис. 4). У первых нагрев (с.р.) кристаллов А (б).

до 950 -1000° С приводит к незначительному росту зерна В эвтектоидной стали конец процесса превращения аустенита.

перлита в аустенит является концом перекристаллизации во Это связано с тем, что его рост тормозят карбиды, всем объеме металла. В структурах доэвтектоидной и нитриды, продукты раскисления стали и другие частицы, заэвтектоидной сталей при ТН Асз, кроме аустенита, будут располагающиеся между зернами. Однако, при Тн более 950 иметь место избыточные фазы: феррит и цементит 1000° С эти частицы распадаются на атомы, которые соответственно (см. Д.С. Fe-Fe3C. рис. 4). растворяются в аустените. Это ведет к резкому увеличению По мере нагревания и приближения Тн к АСз объемные скорости роста зерна. В наследственно крупнозернистых доли Ф и Ц в структуре этих сталей будут уменьшаться за сталях таких частиц значительно меньше, поэтому счет растворения их атомов в аустените. При ТН АСз укрупнение их зерна начинается уже при Тн чуть выше АС1.

структура этих сталей станет чисто аустенитной. Дальнейшее Величина действительного зерна аустенита зависит от повышение Тн приведет к активизации роста зерна аустенита. Тн, в и типа стали. Она несущественно влияет на Возможные механизмы роста зерна аустенита: стандартный комплекс механических свойств: в, 0,2,, и путем "слияния" мелких зерен в крупные;

твердость стали, но укрупнение зерна А не желательно, т.к.

путем миграции более устойчивых выпуклых границ понижает ее работоспособность при ударных нагрузках, зерен аустенита. с большим радиусом кривизны. повышает температуру охрупчивания и склонность к закалочным трещинам и деформациям.

104 Образование крупного зерна А при нагреве стали - это Для рассмотрения протекающих при этом процессов брак, называемый перегревом. Перегрев устраняют отжигом целесообразно использовать диаграммы изотермического превращения аустенита, изображенные на рис. 68 и 70.

Координаты каждой точки их основных линий показывают время начала или конца превращения аустенита, протекающего при изотермических выдержках в температурном интервале от А3 до Мн и при непрерывном охлаждении в интервале Мн - Мк- Положение основных линий в координатах температура - время, определяется химсоставом стали.

Основные линии:

В и Н - начало и конец выделения из аустенита избыточных фаз феррита (рис. 7,а) и цементита (рис.7,б);

Н и К - начало и конец превращений аустенита в перлит, сорбит (С), тростит (Т) или в бейнит (Б);

Мн и Мк - начало и конец превращения аустенита в мартенсит.

Рис 4. Стальной участок диаграммы Fe-Fe3C, схемы изменения структуры и графики укрупнения зерна аустенита Вспомогательные линии:

эвтектоидной стали. 1 -наследственно мелкозернистая сталь: 2 - V1- кривая охлаждения при исследовании наследственно крупнозернистая сталь;

3 - наследственное зерно изотермического превращения аустенита при температуре при 930° С;

4 - зерно при температуре нагрева под термообработку;

ниже А 5 - начальное зерно аустенита;

6 - исходное зерно перлита.

V1, V2, VKP, - кривые изменения температуры при непрерывном охлаждении;

Нагрев до Тн более высоких, чем при перегреве, VKP - кривая охлаждения с минимальной скоростью, при приводит к неисправимому браку - пережогу, т.к. при этом которой в интервале температур Мн - Мк протекает образуется еще более крупное зерно А с оксидами железа по бездиффузионный процесс А М. Такая скорость его границам.

охлаждения называется критической.

При нагреве стали с исходной бейнитной или По характеру процессов превращения аустенита в мартенситной структурой характер структурных образующиеся структуры на диаграмме изотермического превращений и роста зерна аустенита будет существенно превращения различают три температурные зоны отличаться от рассмотренных.

превращения;

перлитного, продукты превращения - П, С, Т;

3. Превращения в стали при охлаждении с Тн Ac промежуточного или бейнитного, продукт - Б;

- мартенситного, продукт - М.

106 Рассмотрение этих процессов обычно начинается с С другой стороны - скоростями диффузии атомов диаграммы изотермического превращения аустенита железа и углерода, которые с понижением температуры Т эвтектоидной стали (рис.5). Перлитное превращение. Оно уменьшаются. Поэтому кривые Н и К имеют перегиб при Тmin начинается при Т = Аг1 А1,. При этом одновременно - за - температуре минимальной устойчивости аустенита (min).

счет диффузии атомов железа и углерода происходит В интервале температур А, - Tmin G нарастает перестройка кристаллической решетки железа и интенсивно, а скорости диффузии атомов углерода и железа, хотя и снижаются, остаются еще достаточными для распределение углерода, растворенного в аустените, между образования из аустенита смеси Ф + Ц = (П,С,Т).

параллельно образующимися из него ферритом и цементитом.

Рис 6. Схема формирования структуры эвтектоидной стали в процессе А П при T1 Аг1, I - образование зародышей Ц и Ф;

2 рост кристаллов Ц и Ф;

3 и 4 - окончание формирования перлитной структуры.

В результате действия обоих факторов при уменьшении температуры от А1 до Тmin устойчивость аустенита (время до начала его распада) снижается до min.

Понижение температуры превращений аустенита в Рис 5. Диаграмма изотермического распада интервале Тmin - Мн ведет к повышению его устойчивости из переохлажденного аустенита эвтектоидной стали.

за прекращения диффузии железа и соответствующего интенсивного снижения скорости диффузии углерода. При Скорость этих процессов определяется двумя Tmin = Мн она практически равна 0.

одновременно и противоположно действующими факторами.

Процесс А П, С и Т протекает в интервале С одной стороны - разностью энергий Гиббса аустенита температур АI - Tmin, когда возможна диффузия атомов и перлита при температуре превращения Т1 (см. рис.3). Чем железа, а диффузия атомов углерода может совершаться с ниже температура, тем больше Т1, = А1, - Т1, тем больше – высокой степенью полноты. Начинается процесс с G1= GП - GA и меньше продолжительность процесса 1, а образования на границе зерна аустенита зародыша кристалла скорость его 1/ 1 -выше (см. рис.5).

цементита размером больше, чем критический.

108 Прилегающий к нему слой аустенита обедняется на углерод, в пересыщенный твердый раствор Fe (С), называемый устойчивость его снижается и он превращается в феррит. мартенситом.

Характерные признаки процесса А М:

Так, путем зарождения и совместного роста кристаллов цементита и феррита протекает процесс образования 1) Аустенит и мартенсит имеют практически пластинчатой смеси Ф + Ц (см. рис. 6). одинаковый химсостав, так как процесс протекает во время В доэвтектоидной и заэвтектоидной сталях при охлаждения в интервале температур Мн - Мк, когда диффузия охлаждении с равновесными скоростями избыточные фазы любых атомов практически невозможна. Если охлаждение в феррита и цементита выделяются в интервале температур А3 этом интервале температур остановить, процесс А М - AI (см. рис. 4). прекращается, и структура будет состоять из фаз А и М.

При изотермическом процессе превращения аустенита этих сталей выделение феррита и цементита начинается на линии В (рис.7.а и 5) при температурах значительно ниже равновесных. С увеличением Т = A1 – T1 время выделения феррита ф и цементита ц и скорости диффузии атомов железа и углерода уменьшаются. Поэтому содержание углерода в аустените перед его превращением в перлит будет отличаться от равновесного тем больше, чем больше T1 (в доэвтектоидных сталях содержание углерода в аустените перед началом его распада будет ниже, а в завтектоидных выше 0,8 %). Образующийся эвтектоид будет содержать углерода столько, сколько его было в неравновесном аустените. За счет этого доля эвтектоида в структуре стали будет больше, а доля избыточных фаз - меньше, чем при равновесном распаде аустенита.

Продукты перлитного превращения аустенита - перлит, сорбит и троостит, представляют собой смесь феррита и цементита. Между собой эти структуры отличаются Рис 7. Диаграмма изотермического превращения аустенита размерами частиц Ф и Ц, что и определяет неодинаковость их доэвтектоидной стали с 0,45 % С (а) и заэвтектоидной с 1,2% С (б) свойств. Перлит, сорбит и тростит могут иметь пластинчатое или зернистое строение, это зависит от Тн при аустенизации 2) Перестройка решетки Fe в Fe состоит в стали. Если Тн АСЗ, Ф и Ц -пластинчатые, а если АСЗ Тн кооперативном одновременном смещении атомных слоев, Ас1 то цементит будет зернистым. что сопровождается образованием микроструктуры Мартенситное превращение - это бездиффузионное игольчатого вида и возникновением на поверхности детали превращение, когда твердый раствор Fe (С) перестраивается микрорельефа. Последнее связано с ростом объема 110 (уменьшением плотности) металла в ходе процесса А М и соответствующим увеличением в структуре доли (количества) АОСТ. При высокой пластичности прочность А сдвиговым характером образования границ между значительно ниже, чем у М. Пластичность же М равна 0.

кристаллами А и М.

Бейнитное превращение аустенита происходит в Положение линий Мн и Мк на диаграмме температурном интервале от немного ниже Тmin до Мн, когда изотермического превращения зависит от содержания в стали диффузия атомов железа и легирующих элементов углерода и легирующих элементов и не зависит от скорости практически отсутствует, а диффузия атомов углерода еще охлаждения. В углеродистых сталях, содержащих более 0,5% достаточна для процесса образования смеси А Ф + Ц. То, С, Мк меньше 20 °С. Поэтому при закалке высокоуглеродистых и легированных сталей при охлаждении что бейнит является смесью феррита и цементита - признак, с VKP до Т 20° С в их структуре, кроме мартенсита, будет который роднит его с продуктами перлитного превращения остаточный аустенит (Аост-). Его количество можно снизить, аустенита. Отличие бейнита от перлита, сорбита и тростита и обработав сталь "холодом", т.е. путем продолжения его "похожесть" по рисунку структуры на мартенсит, связаны с наличием в процессе А Б этапа сдвигового механизма охлаждения до Т Мк или путем нагрева до температуры, обеспечивающей диффузионный распад АОСТ. перестройки решетки аустенита в решетку феррита, который Обратный процесс М А может протекать только характерен для мартенситного превращения. Наличие в диффузионным путем по схеме М Ф + Ц А. Для этого бейнитном превращении мартенситного этапа А М Б необходимо повышение температуры. предопределяет образование тонких карбидных пластинок по Исследования показывают, что превращение А М кристаллографическим плоскостям сдвига. По таким же плоскостям ориентированы и кристаллы мартенсита.

состоит в почти мгновенном образовании комплекса Поэтому, внешне бейнит похож на мартенсит, а по составу кристаллов М. Время образования одного кристалла - около 1х10-7 с, а комплекса из сотен тысяч кристаллов - порядка 1- это смесь феррита и цементита, но более дисперсная, чем 10-3 с. Затем процесс останавливается. Образование новых тростит. Бейнитное превращение в доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях протекает при переохлаждении порций мартенсита начинается лишь при дальнейшем аустенита до Т Тmin, когда избыточные фазы Ф или Ц из охлаждении. Отсюда и наличие на диаграммах него не выделяются. Поэтому после бейнитного превращения изотермического превращения аустенита температурного в структуре доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей этих интервала Мн - Мк, в котором необходимо его непрерывное фаз в структурно обособленном виде не будет (см. рис. 70:

охлаждение.

точки линий В и Н совпадают).

Свойства мартенсита связаны с содержанием в нем углерода сверх равновесного. Чем выше его пересыщенность 4. Превращения при нагреве закаленной стали углеродом, тем больше искаженность его решетки, тем выше твердость и выше уровень закалочных напряжений в металле.

В общем случае структура закаленной стали может Например, в стали с 0,1 % C НRC 30, а при 0,7 % С HRC 64.


состоять из мартенсита, остаточного аустенита и других Однако с увеличением содержания углерода сверх 0,8 % рост структурных составляющих. В данном случае представляют твердости стали после закалки прекращается. Это связано с 112 интерес мартенсит и остаточный аустенит как При Тн, близких к АI образуется еще более грубая смесь метастабильные фазы. Их переход в стабильные фазы зернистого цементита и феррита, называемая зернистым феррита и цементита может протекать только путем перлитом.

диффузии, поэтому при низких температурах они Образование структур отпуска с зернистым цементитом практически не распадаются. улучшает многие свойства стали. Сталь с зернистым Нагрев сталей со структурой из мартенсита и цементитом, по сравнению со сталью с пластинчатым остаточного аустенита до Тн в интервале 80 - 200 °С ведет к цементитом, имеет более высокие пределы текучести, частичному выделению углерода из мартенсита. Углерод ударной вязкости и поперечного сужения при практически образует очень мелкие кристаллики - карбида (в несколько одинаковых значениях твердости и предела прочности из-за атомных слоев), который по составу близок к Fe2C. В различий границ между Ф и Ц по форме и суммарной результате формируется структура отпущенного мартенсита площади.

(Мотп). Она состоит из смеси мартенсита с уменьшенной пересыщенностью углеродом (My) и - карбида, когерентно 5. Основные виды термической обработки стали связанного с решеткой My.

При Тн в интервале 200 - 300 °С Аост. превращается в Отжиг - это вид термической обработки, предназна MОТП-: идет процесс снижения содержания углерода в My и ченный для устранения пороков структуры, возникших в увеличение количества карбидной фазы. результате предыдущей обработки металла: литья, При температуре нагрева в интервале 300 - 400 °С пластической деформации, сварки и термообработки. Он содержание С в решетке Fe становится практически состоит из нагрева до температуры выше критической, равновесным, а частицы Fe2C превращаются в Fe3C и выдержки при этой температуре и медленного охлаждения.

окончательно обосабливаются от матрицы Fe В результате получается структура с низким уровнем Благодаря осуществлению всех процессов, остаточных напряжений, относительно равномерным протекающих в интервале температур 80 - 400 °С, распределением фаз и зерен при их не самых малых формируется структура - тростит отпуска (Тотп). Он размерах.

представляет собой структуру из мелких округлой формы В зависимости от температуры отжиг может быть:

частиц цементита, равномерно распределенных в феррите. полным - при Тн - АСз + (30... 50) °С;

При Тн более 400° С диффузионные процессы неполным - при Тн = AC1+ (30...50) °С.

активизируются настолько, что цементитные образования Полному отжигу обычно подвергают изделия из укрупняются путем распада одних - более мелких, потому доэвтектоидных сталей. При их нагреве и выдержке менее устойчивых, и роста других. При этом образуется происходит полная фазовая перекристаллизация: П + Ф = более грубая, чем тростит, смесь глобулярного цементита и А. Последующее медленное охлаждение обеспечивает распад феррита - сорбит отпуска (Сотп.). аустенита в температурном интервале 700-650°С с образованием близкой к равновесной структуры, состоящей из зерен феррита и перлита.

114 Неполный отжиг доэвтектоидной стали обеспечит дисперсной смеси феррита и цементита, характерной для измельчение только зерна перлита. Полная сорбита и троостита с пластинчатым строением. Степень перекристаллизация зерен феррита не произойдет. В неравновесности структур после нормализации значительно результате сформируется разнозернистая структура, которая выше, чем после отжига стали.

является нежелательной. Закалка состоит из нагрева до температур выше Неполный отжиг рекомендуется для заэвтектоидных критических, выдержки и охлаждения со скоростью выше сталей, так как обеспечивает формирование структуры с VKP. В зависимости от температуры нагрева она может быть зернистым цементитом. полной или неполной.

Полный отжиг заэвтектоидных сталей ведет к При Тн = AСЗ * (30...50)° С закалка полная. В результате получению в них нежелательной структуры из зерен нагрева и выдержки при Тн структура стали должна состоять крупнопластинчатого перлита с сеткой вторичного цементита из гомогенного аустенита, а после охлаждения - из по границам. мартенсита или из мартенсита и остаточного аустенита.

Изотермический отжиг. Такому отжигу обычно Полная закалка рекомендуется для изделий из подвергают изделия из легированных сталей, так как при доэвтектоидной стали, и обеспечивает максимальную обычном отжиге необходимые для них результаты прочность при минимальной пластичности и высоком уровне получаются при очень длительной выдержке. закалочных напряжений.

Режим изотермического отжига: При Тн = ACI + (30...50)° C закалка будет неполной.

нагрев до Тн = Ас3 + (30...50)° С: Неполная закалка для доэвтектоидной стали не применяется, выдержка и сравнительно быстрое охлаждение до Т = так как образующаяся при этом структура из мартенсита и А1 - (100... 150)°С;

феррита обеспечивает стали значительно меньшую выдержка до окончания процесса превращения А П;

прочность (твердость), чем структура из мартенсита после полной закалки.

охлаждение на воздухе.

Заэвтектоидные углеродистые стали подвергают только Температура Тн близка к Тmin и находится в перлитном неполной закалке, обеспечивающей получение структуры из интервале изотермического превращения аустенита (рис.5 и мартенсита, цементита и остаточного аустенита. При этом 7). Изотермический отжиг предпочтительнее обычного, так доля Аост будет ниже, чем после полной закалки, а Ц как при распаде аустенита, с одинаковой температурой по обеспечит стали более высокую твердость.

всему сечению детали, формируются более мелкие и Отпуск закаленной стали состоит из нагрева до Тн AС однородные по величине зерна.

выдержки при Тн и охлаждения.

Нормализация состоит из нагрева до Ти = АСз + Это окончательная термическая операция, в результате (30...50)°С, выдержки и последующего охлаждения на которой сталь приобретает нужные для надежной работы воздухе. Здесь главным требованием является измельчение детали механические свойства (сочетание прочности и зерна. Охлаждение на воздухе после полной фазовой пластичности). Кроме того, отпуск снимает возникшие при перекристаллизации обеспечивает распад аустенита в закалке напряжения. Это происходит тем полнее, чем выше интервале достаточно низких температур с образованием 116 Тн и ниже скорость охлаждения после выдержки. Быстрое Получается однородная сорбитная или троститная структура, охлаждение от 600° С создает новые тепловые напряжения. определяющая повышенную твердость и прочность стали.

Однако изделия из легированных сталей, для Этот вид термообработки называют сорбитизацией или предотвращения отпускной хрупкости от 500 - 650° С патентированием.

следует всегда охлаждать быстро. Время выдержки при Тн назначают, исходя из размера сечения детали и требуемой III. Организация и методика выполнения работы.

твердости материала после отпуска. Лабораторная работа выполняется подгруппой до 12- По температуре нагрева различают три вида отпуска: студентов в течение 6-8 часов. В соответствии с числом Низкий отпуск. Его проводят при Тн = 150 - 200° С. В заданий подгруппа делится на 4 звена. В каждом звене результате мартенсит закалки переводится в отпущенный преподаватель назначает звеньевого. В обязанности мартенсит. При этом снижаются напряжения, повышается звеньевого входит:

прочность, немного улучшается вязкость без заметного получение задания и образцов;

снижения твердости, а следовательно, и износостойкости. организация подготовки звена к выполнению задания, Однако, изделие после низкого отпуска, если в нем нет когда уясняется задание, намечается порядок его выполнения вязкой сердцевины, значительных динамических нагрузок не и распределяются обязанности. Особое внимание следует выдержит. уделить назначению параметров режима термообработки, Средний отпуск проводят при Тн - 350 - 500 °С. Он подготовке таблицы исходных данных и результатов формирует структуру М + Тотп или Тотп твердостью HRC 40 - выполнения задания;

50, Применяется для пружин, рессор и штампового организация выполнения задания, обработки полученных инструмента, работающих в условиях динамического результатов, их обсуждения, составления отчета и нагружения. подготовки доклада подгруппе;

Высокий отпуск проводят при Тн = 500 - 680 °С. Он организация соблюдения членами звена правил охраны формирует структуру Сотп и позволяет получить труда и техники безопасности.

оптимальные сочетания характеристик прочности и Сначала каждое звено выполняет практическую часть пластичности для конструкционных сталей. своего задания и составляет краткий отчет, включающий в Термообработка, состоящая из закалки и высокого себя:

отпуска, называется улучшением. таблицы (9, 10, 11, 12);

В случаях, когда закалка и отпуск невозможны или график зависимости определяемых характеристик стали экономически невыгодны (термообработка рельсов, от изменяемых параметров термообработки;

проволоки и т. д.), применяется одинарная термообработка. В краткие пояснения этапов выполнения работы.

этом случае охлаждение производят в струе воздуха, в масле, Кроме указанного в заданиях, каждому звену в расплаве солей, обрызгиванием водой и т. д. При этом необходимо:

обеспечиваются такие скорости охлаждения, которые назначить параметры режима термообработки, предупреждают выделение из аустенита свободного феррита. согласовать с преподавателем и внести в протокол;

118 замерить твердость образцов до термообработки. данные методические указания и рекомендованную Перед замером твердости две противоположные литературу. По глубине знаний практической части работы и плоскости каждого образца зачистить наждачной шкуркой до контрольных вопросов решается вопрос о получении металлического блеска. Если образец закален, твердость студентом зачета.


замерять на прессе Роквелла. Затем значения HRC перевести в НВ. Твердость образцов после отжига и нормализации IV. Задание замерять на прессе Бринелля. Задание Загружать образцы в печь и вынимать из нее Определить влияние температуры нагрева на структуру допускается при отключенном электропитании и только и твердость стали 45 после охлаждения в воде.

специальными клещами. Один студент отключает и Изменяемый параметр режима термообработки:

открывает печь, а после загрузки (выгрузки) образцов Тн:600, 760 и 820 °С.

закрывает и, если необходимо, включает электропитание. Неизменяемый параметр режима Vохл Vкр Второй студент работает клещами. Брать образцы руками Используемые материалы и оборудование:

можно лишь после того, как убедился, что металл холодный. четыре образца из стали 45 размером 0 35 х 20 мм (один По цвету это не определить, так как при температуре 600° С после отжига);

образец может выглядеть безобидно. Но, коснувшись его, печи с Тн равными: 600, 760 и 820 °С:

можно получить травму. При загрузке - выгрузке образцов емкость с водой для охлаждения образцов при закалке;

обоим студентам следует действовать слаженно и быстро, прессы Бринелля и Роквелла для замера твердости;

чтобы не допустить сильного охлаждения печи. лупа для установления размера отпечатка;

При использовании жидких охлаждающих сред таблица твердости;

образец, вынув из печи, быстро погрузить в жидкость и клещи для загрузки и выгрузки образцов:

энергично перемещать его в ней, чтобы не допустить обтирочный материал и наждачная шкурка.

образования паровой рубашки. В противном случае К началу выполнения работы следует. подготовить теплопередача от образца в жидкость резко снизится, и таблицу результатов исследования термообработки (см.

скорость охлаждения будет ниже ожидаемой, что приведет к приложение).

снижению его твердости. Задание 2.

После выяснения вопросов и уточнения отчетов, каждое Определить влияние скорости охлаждения на структуру звено докладывает подгруппе результаты выполненной и твердость стали 45. Изменяемый параметр режима работы. При этом доклад может быть поручен любому члену термообработки - Vохл • Неизменяемый параметр - Тн = 820° звена. Практическая часть работы считается законченной, С. Используемые материалы и оборудование:

печь с температурой нагрева 820СС:

когда у каждого студента подгруппы будут материалы по всем четырем заданиям. Затем подгруппа обсуждает три образца из стали 45 размером: 0 35 - 20 мм;

полученные результаты. При подготовке к обсуждению емкости с водой и минеральным маслом для результатов студент использует личный отчет о работе, охлаждения образцов.

120 Остальное - как в задании 1. экспериментальные результаты в виде таблиц и графиков. Графически следует представить следующие Задание 3.

Установить влияние содержания углерода на структуру зависимости. Задание 1: твердость после закалки НВ. МПа и твердость стали после закалки. Изменяемая величина - температура, ° С, содержание углерода в стали. Неизменяемые параметры Задание 2: твердость после закалки НВ. МП а - скорость охлаждения, °С • с-1.

термообработки:

Тн = 820 °С. Vохл (охлаждающая среда - вода). Задание 3: твердость после закалки НВ, МПа Используемые материалы и оборудование: содержание углерода, в процентах.

печь с температурой нагрева 820° С;

Задание 4: твердость после отпуска НВ. МПа температура отпуска, °С и ударная вязкость, кДж-м-2 четыре образца из сталей 20. 45, У8 и У12;

емкость с водой для охлаждения образцов. Остальное - температура отпуска. °С.

как в задании 1.

Задание 4. VI. Контрольные вопросы Установить зависимость твердости, ударной вязкости и структуры от температуры отпуска закаленных сталей и 1. Основные параметры термической обработки и их сравнить их со свойствами после нормализации. влияние на структуру и свойства стали.

Изменяемый параметр - температура отпуска. Неизменяемые 2. Что такое перегрев и пережог стали?

параметры: температура закалки и нормализации Тн = 820 °С, 3. Чем отличается наследственно мелкозернистая сталь время выдержки при Тотп 20-30 минут. Vохл при закалке (вода) от наследственно крупнозернистой?

и при нормализации (спокойный воздух), Vохл после отпуска 4. От чего зависит размер действительного зерна (спокойный воздух). аустенита?

Используемые материалы и оборудование: 5. Как объяснить повышение температур начала и конца печи с температурой нагрева 820. 200, 400 и 600 °С;

превращения перлита в аустенит при увеличении скорости копер для определения ударной вязкости;

нагрева стали?

четыре образца из стали 45 для испытания на удар;

6. Чем отличаются диаграммы изотермического один образец для нормализации;

превращения переохлажденного аустенита эвтектоидной, емкость с водой. Остальное - как в задании 1. доэвтектоидной и заэвтектоидной сталей?

7. В чем сходство и различие продуктов перлитного превращения аустенита?

V. Отчет о работе Отчет должен быть аккуратно оформлен и содержать: 8. Механизм перлитного превращения аустенита.

формулировку цели работы;

9. Мартенситное превращение аустенита.

краткое описание работы порядка проведения работы и 10. Бейнитное превращение аустенита. Почему его процессов, протекающих в металле на отдельных этапах называют промежуточным?

термообработки;

122 11. Основные признаки операций отжига, нормализации Таблица и закалки. Какие структуры формируются в сталях при их Результаты исследования влияния вида термообработки осуществлении?

(Vохл-) на структуру и твердость стали 12. Какова цель отжига, нормализации и закалки? Как назначить Тн при их отсутствии?

Тнз,0С Время, мин Охлажда Vохл в Тверд 13. Какие процессы протекают при низком, среднем и Структура ющая интерва ость Сталь высоком отпуске закаленной стали и какие структуры среда ле НВ, Н В формируются при их осуществлении? 650- МПа 14. В чем сходство и различие структур сорбита и 5000С/с тростита отпуска и сорбита-тростита, полученных при вода распаде аустенита?

15. Почему линии начала и конца изотермического масло превращения аустенита в смесь феррита и цементита имеют воздух перегиб Тmin?

16. Какие структурные превращения реализуются в процессах основных видов термической обработки и при каких условиях?

Таблица 17. Как влияет изменение % С стали на ее твердость Результаты исследования влияния содержания углерода на после ее закалки в воде?

структуру и твердость стали после закалки Таблицы результатов исследования ТНЗ0С %С Охлаж Твердость дающа НВ/HRC Таблица Структура я среда Результаты исследования влияния температуры нагрева под до после закалку на структуру и твердость стали ТО ТО С Твердость Охлаж HB/HRC дающа Структур Тнз0С Сталь %С я до после а среда ТО ТО 124 Критические точки стали 45 при нагреве до 820° С: ACI Таблица 730° С - минимальная температура, при которой возможен Результаты исследования влияния температуры отпуска процесс П А;

закаленной стали на НВ. KCU и структуру А2 = 768° С - температура потери ферромагнитности:

AСЗ = 790° С - минимальная температура окончания Закалка, нормализация Отпу После растворения Ф в А.

ск отпуска Процессы на температурно-временных участках кривой Сталь нагрева:

Охлаж KCU Стру ТНО ТНЗ мин НВ, НВ 01 - распад Ц111 Fe3C Fe + С и растворение С в В ктура МПа дающая С С феррите;

среда 11'-П А;

12' - растворение Ф в А;

22' - потеря ферромагнитности:

2'3 - окончание растворения Ф в А: 820° С – нагрев и выравнивание химического состава в А при выдержке.

Пояснения к кривым нагрева и охлаждения стали При нагреве до 760° С процесс 12' - растворение Ф в А, не завершается. Поэтому структуру стали составят мелкие зерна А. образовавшиеся в процессе 11' - П А, и более крупные нерастворившиеся остатки зерен Ф.

Критические точки стали 45 при охлаждении от 820° С:

Аr3 = 780° С - максимальная температура начала выделения Ф из А;

А2 - возврат ферромагнитноcти;

Аr1 = 690° С - максимальная температура, при которой возможен процесс А П.

Процессы равновесных кривых охлаждения стали 45 от 820 и 760° С 820° С - 1 - охлаждение А;

12 - выделение Ф из А и перераспределение С между Рис 8. Кривые равновесных процессов нагрева (а), охлаждения (б) стали 45 и диаграмма изотермического ними;

превращения ее аустенита с наложенными кривыми охлаждения 22' - возврат ферромагнитности;

при скоростях V1 V2, V3 и V4,(в). 2'3 - окончание выделения Ф из А в сочетании с Ф Фр и А As;

126 33'- Аs Пs =Фр+Ц 3'4 - охлаждение в сочетании с Фp ФQ + Ц111.

При охлаждении с 760° С процессы начинаются этапом 760° С 3 - А ФР + AS и заканчиваются формированием структуры из мелких перлитных и крупных ферритных зерен.

Процессы при непрерывном охлаждении стали 45 от 820 и 760°С Охлаждение по кривой со скоростью V1 соответствует отжигу (точки B1 и H1 находятся в интервале температур образования П):

B1H1 - выделение Ф из А;

H1K1 - превращение А П.

Охлаждение с V2 соответствует нормализации (Н2 и К2 ниже равновесных);

В2Н2 - А Ф + А неравновесный;

Н2К2 - неравновесный А С.

Охлаждение с V3 - В3 почти совпадает с Н3;

Н3К3 - неравновесный А Т.

Охлаждение с V4 VKP;

МНМК - бездиффузионное превращение А М.

Литературные данные по результатам термообработки стали 45:

Отжиг: НВ 1970 МПа, = 18 %, KCU = 39 Дж/см2;

Нормализация: НВ 2000 МПа, = 16 %, KCU - Дж/см2;

Закалка + отпуск:

600 °С: НВ = 1900 МПа, - 20 %, KCU до 90 Дж/см2;

400 °С: НВ = 2200 МПа, - 15 %, KCU до 70 Дж/см2.

Чем больше углерода в стали, тем больше искаженность Лабораторная работа тетрагональной решетки мартенсита и больше его твердость.

Чем больше углерода в стали, тем больше искаженность ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКАЛИВАЕМОСТИ тетрагональной решетки мартенсита и больше его твердость.

И ПРОКАЛИВАЕМОСТИ СТАЛИ.

Следовательно, твердость мартенсита зависит в первую очередь от содержания в мартенсите углерода. Мартенсит в I. Цель работы Целью настоящей работы является приобретение стали, содержащей 0,1% С, имеет твердость HRC 30. При студентами навыков в проведении самостоятельных 0,7% С твердость мартенсита достигает максимального исследований в области термической обработки стали, значения - HRC 64 и при дальнейшем увеличении закрепление теоретических знаний по данному вопросу. содержания углерода существенно не увеличивается.

Исследование закаливаемости и прокаливаемости стали Легирующие элементы оказывают относительно выполняется в течение 4 часов и включает в себя три раздела: небольшое влияние на увеличение твердости мартенсита.

1. Экспериментальное определение основных причин, Следовательно, закаливаемость стали определяется в определяющих закаливаемость стали. первую очередь содержанием в стали углерода. Чем больше в 2. Ознакомление с современными методами стали углерода, тем выше закаливаемость стали, т.е. тем определения глубины прокаливаемости и экспериментальное выше ее твердость.

исследование основных факторов, влиявших на глубину Под прокаливаемостью понимают способность стали прокаливаемости. получать закаленный слой с мартенситной или тросто 3. Обработка результатов исследования, оформление мартенситной структурой и высокой твердостью на ту или отчета. иную глубину.

При закалке на мартенсит сталь должна охлаждаться с закалочной температуры так, чтобы аустенит, не успев II. Сведения из теории.

претерпеть распад на ферритокарбидную смесь, переохладился ниже точки Мк. Для этого скорость 1. Закаливаемость и прокаливаемость стали охлаждения изделия должна быть критической или выше (краткие сведения).

критической, т.е. выше той минимальной скорости, при Под закаливаемостью следует понимать способность которой аустенит еще не распадается на ферритокарбидную стали повышать твердость в результате закалки за счет смесь (рис.1).

мартенситного превращения. При закалке поверхность изделия охлаждается быстрее, Высокая твердость мартенсита объясняется тем, что т.к. она непосредственно соприкасается с охлаждающей элементарные кристаллические ячейки его искажены за счет средой, отнимающей тепло. Сердцевина изделия охлаждается атомов углерода, вследствие чего пластическая деформация медленнее вследствие того, что тепло отводится путем затруднена и образование сдвигов в мартенсите почти передачи его через массу металла к поверхности и только на невозможно. поверхности поглощается охлаждавшейся жидкостью В инструментальных сталях прокаливаемость характеризуют по толщине закаленного слоя с мартенситной структурой, а за критический диаметр принимают диаметр заготовки, в центре которой после закалки образуется мартенситная структура с твердостью выше HRC60.

Как отмечалось выше, твердость мартенсита и феррито цементитной смеси при определенной дисперсности определяется, главным образом, содержанием углерода.

Поэтому, твердость полумартенситного слоя может быть заранее определена, если известно содержание углерода в изучаемой стали (рис.2). Например, при содержании 0,28 Рис 1. Схема, показывающая различную скорость охлаждения по 0.32% углерода, твердость полумартенситной структуры сечению заготовки углеродистой стали HRC 35, а легированной - HRС 40.

Прокаливаемость тем выше, чем меньше критическая. Если скорость охлаждения на поверхности окажется скорость закалки, т.е. чем выше устойчивость больше критической, а в центре - меньше (например: V3, переохлажденного аустенита. Поэтому, вес факторы, рис.1), то, в этом случае, аустенит в поверхностных слоях понижающие критическую скорость закалки и превратится в мартенсит, а в центре - в феррито увеличивающие устойчивость переохлажденного аустенита, цементитную смесь. Переходный слой между поверхностью способствуют увеличению прокаливаемости.

и сердцевиной будет иметь смешанную структуру Легированные стали, вследствие более высокой мартенсита и феррито-цементитной смеси.

устойчивости переохлажденного аустенита и, Следовательно, если действительная скорость соответственно, меньшей критической скорости охлаждения, охлаждения в сердцевине изделия будет превышать прокаливаются на значительно большую глубину, чем критическую скорость закалки VKP, (рис.1), то сталь получит углеродистые.

мартенситную структуру по всему сечению и, тем самым, Наибольшее влияние на прокаливаемость стали будет иметь сквозную прокаливаемость.

оказывают марганец, хром и малые присадки бора (0,003 Если действительная скорость охлаждения в сердцевине 0,005%). Менее сильно влияют никель и кремний.

будет меньше VKP, то изделие прокалится на некоторую Прокаливаемость особенно возрастает при одновременном глубину.

введении в сталь нескольких легирующих элементов.

В конструкционных сталях за глубину закаленного слоя Прокаливаемость стали повышается только в том случае, условно принимают расстояние от поверхности до если легирующие элементы растворены в аустените. В полумартенситной зоны (50% мартенсита + 50% тростита).

случае, если они не растворены в аустените и находятся в Диаметр заготовки, в центре которой после закалки в данной виде избыточных частиц карбидов, они не только не охлаждающей среде образуется полумартенситная структура, увеличивают прокаливаемость, а уменьшают ее, т.к. карбиды называют критическим диаметром (Дкр).

131 служат готовыми зародышами, облегчающими распад появления закалочных трещин, и ухудшаются некоторые аустенита на феррито-цементитную смесь. механические свойства стали.

Неоднородность химического состава аустенита, т.е.

неравномерное распределение в нем углерода и легирующих элементов, приводит к уменьшению глубины прокаленного слоя стали, т.к. неоднородный аустенит быстрее превращается в перлит.

Известное влияние на прокаливаемость оказывает размер изделия, охлаждающая способность закалочной среды, технология плавки.

При закалке с нагревом до обычно принятых температур, не вызывающих заметного роста зерна, углеродистые стали прокаливаются полностью в деталях (образцах) сечением 10-15 мм (при условии охлаждения в воде), тогда как легированные стали, в зависимости от Рис 2. Твердость стали при содержании 50% мартенсита химического состава, могут прокаливаться в сечениях 50- и 50% троостита в зависимости от содержания углерода.

1 - сталь легированная;

2 - сталь углеродистая и даже 200 - 300 мм (при охлаждении в масле). Стали с высоким содержанием легирующих элементов могут На прокаливаемость стали оказывает влияние размер получать высокую твердость по сечению даже при более зерна аустенита. Чем меньше аустенитное зерно, тем меньше медленном охлаждении, например, на воздухе.

глубина прокаленного слоя. Увеличение размера зерна Углеродистые стали в больших сечениях, даже при замедляет процесс превращения переохлажденного аустенита охлаждении в воде не обеспечивают прокаливаемости.

в перлит, т.к. центры кристаллизации образуются Поверхностные слои, равно как и сердцевина, имеют преимущественно по границам зерен, а с увеличением феррито-цементитную структуру. Твердость поверхности и размера зерна уменьшается суммарная протяженность сердцевины тем ниже, чем больше сечение заготовки границ, что ведет к уменьшению числа центров. Поэтому, (детали).

повышение температуры нагрева под закалку и увеличение При сквозной закалке свойства закаленной стали от времени выдержки приводит к увеличению зерна аустенита и поверхности к центру однородны. При несквозной закалке увеличению прокаливаемости. свойства закаленной стали изменяются по сечению так же, Введение примесей, препятствующих росту зерна как изменяется ее структура. Максимальная твердость, аустенита, приводит к увеличению критической скорости например, достигается в поверхностных слоях, минимальная закалки и уменьшению прокаливаемости. Однако следует - в сердцевине.

отметить, что увеличение прокаливаемости за счет роста При несквозной прокаливаемости последующим зерна при нагреве производить не рекомендуется, т.к. при отпуском можно выровнять твердость по сечению детали.

закалке с высокой температуры возникает опасность 133 Однако при этом другие свойства стали окажутся Одним из простейших методов определения неравноценными. прокаливаемости, который применим для сталей с У слабопрокаливающихся сталей после отпуска при неглубокой прокаливаемостью (например, простых высокой температуре, выравнивается твердость по сечению, углеродистых сталей), является проба на излом. Пруток на поверхности, где закалкой был получен мартенсит, будут квадратного сечения 20x20 мм, закаленный в воде, ломается зернистые структуры, а в центре, где после закалки был пополам, и по виду излома делается заключение о глубине получен перлит (феррито-цементитная смесь различной закаленного слоя. Критерием для оценки глубины дисперсности), сохранится пластинчатая структура. У стали закаленного слоя является глубина мелкозернистой со сквозной прокаливаемостью после отпуска по всему закаленной зоны.

сечению будут зернистые структуры. Следовательно, Если исходный образец будет иметь ступенчатую различие в свойствах будет определяться разными форму, то в этом случае проба на излом показывает, как свойствами зернистых и пластинчатых структур. меняется величина закаленного слоя в зависимости от Свойства, не зависящие от формы цементита, предел сечения образца.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.