Изучение влияния температуры отпуска

НА МИКРОСТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЗАКАЛЁННОЙ СТАЛИ

 

Цель работы: изучить свойства отпущенной стали, виды отпуска и его назначение.

 

 

Теоретические сведения

 

Отпуском называют вид термической обработки, заключающийся в нагреве закалённой стали до температуры, лежащей ниже нижней критической точки А_С1, выдержке 1,5...2,0 часа и охлаждении (медленном или быстром). Цель отпуска – окончательно сформировать структуру и свойства стали и снять закалочные напряжения.

Закаленная сталь имеет в основном мартенситную структуру, высокую твердость и хрупкость. При отпуске мартенсит распадается, что приводит к снижению твёрдости и повышению вязкости стали. Превращение мартенсита при нагреве зависит от температуры. При нагреве до температуры ниже 300 °С мартенсит превращается в мартенсит отпущенный, при более высоких температурах из мартенсита выделяется цементит (карбид железа Fe₃С), а сам мартенсит становится обычным ферритом. Полученную структуру (дисперсную смесь феррита и цементита) называют трооститом отпуска. Эта структура имеет самое высокое значение предела упругости (σ_упр) при более низкой твёрдости, чем у мартенсита отпущенного. При дальнейшем нагреве выделившиеся частички цементита укрупняются и приобретают сферическую форму. Твёрдость при этом еще снижается, а вязкость возрастает.

Полученную дисперсную смесь феррита и цементита зернистого строения называют сорбитом отпуска.

Различают три вида отпуска:

- низкий отпуск при температуре 150...200 °С на структуру мартенсит отпущенный. Он применяется в том случае, когда нужно сохранить твёрдость, полученную при закалке. Это инструмент из высокоуглеродистых сталей; детали, работающие на трение, сделанные на низкоуглеродистой стали, но предварительно (перед закалкой и отпуском) прошедшие цементацию (насыщение поверхности углеродом); детали из низкоуглеродистых легированных сталей. В этом случае при закалке получается низкоуглеродистый мартенсит невысокой твердости (менее 35 HRC), поэтому после низкого отпуска твёрдость и прочность стали выше, чем у отожжённой или нормализованной, а вязкость достаточная для конструкционных сталей (так как мало в ней углерода);

- средний отпуск при температуре 350…400 °С на структуру тро-остит отпуска. Его используют в том случае, когда нужно получить максимальное значение предела упругости. В основном это пружинные и рессорные стали (твердость 40...45 HRC, предел упругости не менее 800 МПа), а также некоторые виды штампового инструмента;

- высокий отпуск при температуре 500…600 °С на структуру сорбит отпуска, обладающую хорошим сочетанием прочности и вязкости. Применяют для среднеуглеродистых конструкционных сталей.

Термическая обработка, заключающаяся в закалке с высоким отпуском на структуру сорбит отпуска, называется улучшением стали. В этом случае твердость и вязкость выше, чем у отожженной или нормализованной стали (таблица 10.1).

 

Таблица 10.1 – Сравнительные свойства для стали 45

Вид термообработки	Твёрдость HB, МПа	Предел прочности, МПа	Ударная вязкость, МДж/м^2
Отжиг   Улучшение	1500 – 1800   2500 - 2900

 

Материалы и принадлежности

 

· Закаленные образцы среднеуглеродистой стали для испытания на ударную вязкость – 4 шт.

· Лабораторные печи: Т_н = 100, 200, 400 и 600 °С.

· Наждачный круг.

· Твердомер ТК с алмазным наконечником.

· Маятниковый копёр.

· Коллекция микрошлифов отпущенных образцов (образ-
цы № 1…5).

 

 

Порядок выполнения работы

 

10.3.1 Получить закаленные образцы, записать их исходные данные: марку стали, химический состав, критические точки, размер образцов. Измерить твердость всех образцов на приборе Роквелла по шкале С (HRC), убедиться, что она отвечает твердости данной марки стали. Один из образцов испытать на маятниковом копре и определить ударную вязкость КСU. Посмотреть и зарисовать микроструктуру исходного образца (№ 1) при увеличении не менее 360.

10.3.2 Термически обработать (отпустить) закаленные образцы, для чего загрузить их в печи с температурами 100, 200, 400 и 600 °С (по одному в каждую печь). В печь на 100 °С загрузить половинку образца, оставшегося после испытания на ударную вязкость. Выдержать в печах образцы в течение 40 минут, затем охладить на спокойном воздухе.

10.3.3 Зачистить образцы наждаком. Измерить и записать твердость на приборе Роквелла по шкале С (HRC).

10.3.4 Испытать образцы на копре и определить ударную вязкость.

10.3.5 Просмотреть и зарисовать микроструктуру отпущенных образцов (образцы № 2…5 из коллекции микрошлифов).

10.3.6 Построить графики зависимости твердости HRC и ударной вязкости КСU от температуры отпуска, объяснить зависимость с точки зрения изменения структуры. Определить, к какому виду отпуска отно­сится нагрев до исследуемых температур.

10.3.7 Оформить отчет.

Оформление отчета

 

10.4.1 Исходные данные:

 

Марка стали …

Критические точки: A_С1 =…

А_С3= …

Размеры образцов, мм...

Исходное состояние – закаленное.

Микроструктура ( …), образец 1:

 

Зарисовать микроструктуру, указать

структурные составляющие, описать

размер и форму составляющих.

 

 

Твёрдость … HRС

 

Ударная вязкость: A₀ =…

А ₁ = …

KCU =…