Влияние условий термической обработки на свойства стали

Примечание

x) Диаметр образца, закаливающегося насквозь с получением в центре микроструктуры из 95% мартенсита и 5% троостита.

хх) Стали могут быть использованы для изготовления деталей с еще большим поперечным размером. Следует иметь в виду, что в этом случае изделия получают пониженные по сравнению с табличными значения механических свойств в связи с недостаточной прокаливаемостью по сечению деталей большого поперечного диаметра.

Наглядные данные о влиянии диаметра заготовки, а также темпера­туры отпуска после закалки, на механические свойства сталей марок 40, 40Х и 40ХН2МА приведены на рис.5.

Рис.5. Влияние температуры отпуска закаленных сталей марок 40 (а). 40Х (б) и 40XH2MA (в) и диаметра заготовок на механи­ческие свойства сталей (по А.П.Гуляеву)

3. Задания к работе

Изучение влияния охлаждающей среды (скорости охлаждения) на твердость стали.

Два образца углеродистой стали У8 нагреть, выдержать и охладить: первый образец в воде (полная закалка), второй - на воздухе (нормализационный отжиг). Измерить твердость образцов до и после термической обработки.

Примечание

4. Порядок выполнения и результаты работы.

Температура нагрева подсчитываемая по формулам, приведен­ным в табл.3. Численные значения температур фазовых превращений AС1 и АС3 принимаются по данным табл.4. При этом вычисляют два численных значения температуры: минимальное tmin и максимальное tmax. Эти значения температуры характеризуют оптимальный интер­вал температуры нагрева. Фактическая величина температуры в печи должна находиться в этом интервале (не ниже tmin).

Таблица 3

Температуры нагрева и охлаждающие среды при термической обработке стали

Таблица 4

Температуры критических точек Ac1, Ac3, Асm некоторых сталей

Время нагрева образцов до заданной температуры вычисляют
по следующей эмпирической зависимости:

н = 1,5D , мин,

где D - диаметр или толщина образца  мм.

Время выдержки при заданной температуре     в = 0,2н, мин.

Общее время от загрузки образцов в рабочую камеру печи до их выгрузки из печи составляет сумму времени нагрева и выдержки:

=н +в

Охлаждающая среда при термической обработке стали назначается по табл.3.

Измеряют твердость образцов до термообра­ботки методом Роквелла по шкале HRB. Полученное число твердости переводится по таблице в шкалу НВ.

После этого образцы с помощью щипцов загружаются в печь. Предварительно печь отключается от электри­ческой сети. После загрузки образцов в печь дверца закрывается, и печь включается в электрическую сеть. По истечении времени нагрева и выдержки печь отключается от электрической сети, образцы с по­мощью щипцов быстро выгружаются из печи и помещаются в заданную охлаждающую среду.

После завершения охлаждения образцы зачищаются на заточном станке (точиле) и измеряют твердость в зависимости от ви­да термической обработки по шкале HRC или HRB. Полученные числа твердости переводятся по таблице в шкалу НВ.

Влияние термической обработки на твердость стали

У сталей и чугунов в равновесном состоянии имеются следующие фазы:     

1.    Жидкий раствор (Ж) на основе железа.

2.    Феррит (Ф) - твердый раствор углерода и легирующих элементов в железе Fe кристаллической решеткой объемно-центрированного куба (ОЦК). Феррит имеет твердость НВ 80-90, пластичен (относительное удлинение 50%).

3.    Аустенит (А) - твердый раствор углерода и легирующих элемен­тов в железе Feγ- с кристаллической решеткой гранецентрированного куба (ГЦК).

4.    Карбиды (К) - химические соединения ряда металлов с углеро­дом (Fe3C. Mn3C, Cr7C3, TiC, WC и др.).

Раствор небольшого количества железа в карбиде железа Fe3C на­зывается цементитом (Ц). Цементит имеет твердость НВ 800, хрупкий. Образуются также и более сложные структурные составляющие из двух фаз, наблюдаемые в микроструктуре:

5.              Перлит (П) в виде темных (коричневых) участков, состоящий из
ферритной основы и кристаллов, цементита пластинчатой формы
(пластинчатый перлит). Он образуется при медленном охлаждении в
сталях и чугунах в результате следующего фазового превращения
аустенита:             

tPSK

               А            Ф+Ц (П).

Особой термической обработкой может быть получен зернистый перлит, состоящий из феррита и частиц цементита в форме мелких зерен.

5. Ледебурит (Л) в виде пестрых бело-темных участков, состоящий
из белого цементита - основы и темного перлита в виде округлых или
удлиненных частиц (ниже 727°С). Выше температуры 727°С этот ледебурит состоит из

                                     tECF

цементита и аустенита (Ж  А + Ц (Л)).

Многочисленные стали разных марок, отличающиеся химическим составом, по микроструктуре в равновесном состоянии разделяются на шесть основных структурных классов. Их характеристика дана на диаграммах состояния (рис.6).

Представление о структурных классах чугунов дает диаграмма на рис.2.3 (Ce < С < Сс) и табл. 2.4. Формы включений графита пока­заны на рис.2.4.

Сведения о характерных механически: свойствах углеродистых сталей и конструкционных чугунов приведены в табл.  2.5 (без при­менения упрочняющей термической обработке).

Рис.6. Диаграммы состояния железо-углерод (метастабильный вариант Fе-Fе3С).