ВиЗНАЧЕННЯ критичних точок сталі

Мета роботи: вивчити методику визначення критичних точок сталі методом пробних загартувань і вплив температури загартування на твердість загартованої сталі; набути навичок розрахунків критичних точок.

Устаткування, інструменти, матеріали

Муфельна електрична піч, інструменти для загартування, твердомір Роквелла, середовище для загартування (холодна вода), комплекти зразків середньовуглецевої сталі, шліфувальний папір.

Основні положення щодо визначення критичних точок сталі

Знання про критичні точки сталі потрібні для розуміння перетворень, що виникають у сталі під час нагрівання й охолодження; для визначення температур термічної обробки в сталі та гарячій обробці тиском.

На діаграмі «залізо-вуглець» (рис. 6.1) критичним точкам Ас₁, Ас₂, Ас_т відповідно належать лінії PS, GS, SE.

Температура загартування та відпалювання звичайно береться на 30–50°С вище точок Ас₁, і Ас₃ відповідно для заевтектоїдної та доевтектоїдної сталі. Але слід урахувати, що діаграма «залізо-вуглець» характеризує стан чистих залізовуглецевих сплавів. У промисловості вуглецеву сталь використовують із домішками марганцю, кремнію, сірки, фосфору, а також нікелю, хрому тощо. Домішки елементів у сталі по-різному впливають на положення критичних точок. Тому на практиці для правильного призначення режиму термообробки, особливо для нових марок сталі або у випадках сумніву в хімічному складі наявної сталі, нерідко застосовують експериментальний метод визначення критичних точок.

Рисунок 7.1 - Частина діаграми стану «залізо-вуглець»

Відомі такі методи визначення критичних точок: дилатометричний (теплового розширення), диференціальний термічний, електроопору та ін.

Ці методи досить точні, але складні у виконанні. На практиці для визначення критичних точок сталі широко використовують метод пробних загартувань. Це метод невисокої точності, але простий у виконанні й не потребує спеціального устаткування.

Сутність методу пробних гартувань

Складається із загартування зразків досліджуваної сталі в широкому діапазоні температур, починаючи нижче від критичної точки Ас₁, (наприклад, з 680°С) і вище від критичних точок (наприклад, 860°С), і з наступним вимірюванням твердості сталі після загартування. Метод застосовується в основному для визначення критичних точок Ас₁ та Ас₃ для доевтектоїдних сталей. Точно визначити критичну точку Ас_т у заевтектоїдній сталі цим методом практично неможливо.

Точність методу пробних загартувань значною мірою залежить від інтервалу температур нагрівання кожного наступного зразка. У промисловості для визначення температур загартування досить надійним методом слід вважати нагрівання через кожні 10°С, причому до кожної температури потрібно нагрівати 2-3 зразки. Точність визначення критичних точок у цьому випадку складає приблизно ± 5°С.

Результати вимірювання твердості залежно від температури нагрівання під загартування зображають у вигляді графіка (рис. 7.2). Тоді температура початку підвищення твердості доевтектоїдної сталі відповідає критичній точці Ас₁, а кінець підвищення — точці Ас₃. Криві для заевтектоїдної та евтектоїдної сталей будуть мати інший вигляд. При нагріванні нижче точки Ас₁ ці сталі, як і доевтектоїдні, не змінюють структури і твердості після загартування. Але при нагріванні вище точки Ас₁ евтектоїдна сталь матиме структуру аустеніту, а заевтектоїдна — аустеніту і цементиту. Тому після загартування ці сталі матимуть структуру: евтектоїдна — мартенситу, а заевтектоїдна — мартенситу і цементиту. Ці структури визначають високу твердість сталі (НRС > 60). Надалі підвищення температури нагрівання під загартування на твердість зовсім не впливає. Більше того, у зв'язку зі збільшенням залишкового аустеніту при загартуванні заевтектоїдної сталі з вищої температури твердість може навіть трохи зменшитись. У зв'язку із цим крива твердості для евтектоїдної й заевтектоїдної сталей має лише один різкий згин, що відповідає точці Ас₁.

Крім дослідного, використовують розрахунковий метод визначення критичних точок сталі за емпіричними формулами, який дозволяє одержувати задовільні результати для доевтектоїдної сталі:

Ас₁ = 727 + 30Si + 25Al + 20Cr - 15Ni - 10Mn;

Ac₃ = 911 - 230C - 50Si - 1,5(Mn + Cr) - 15Ni - 80Al,

де символами хімічних елементів позначена їх кількість в сталі у відсотках.

Рисунок 7.2 - Залежність твердості загартованої сталі від температури загартування

Порядок виконання роботи

1. Одержати комплект зразків вуглецевих сталей, які потім загартувати у воді за різних температур (за таблицею 7.1). Час нагрівання під загартування визначити за вказівками лабораторної роботи № 6.

2. Охолоджені після загартування зразки зачистити шліфувальним папером і визначити їх твердість за твердоміром Роквелла.

3. Результати дослідів занести у табл. 7.1.

Таблиця 7.1 - Результати гартування доевтектоїдної сталі у воді

Номер зразка	Температура нагрівання, °С	Товщина (діаметр), мм	Час нагрівання, хв	HRC, МПа	Передбачена структура

4. За даними табл. 5.1 побудувати залежність твердості загартованої сталі від температури нагрівання під гартування та за перегином кривої визначити температури критичних точок Ас₁ і Ас₃.

5. Зробити висновки за виконаною роботою.

7.5 Запитання для самоперевірки

1. Яку роль виконують критичні точки на практиці?

2. Яким лініям та процесам відповідають точки Ас₁, Ас₃, Ас_т?

3. Для чого необхідно визначити критичні точки?

4. Якими методами визначають критичні точки?

5. Сутність методу пробних гартувань.

6. Який вид мають криві «твердість-температура загартування»?

7. Як визначають критичні точки розрахунковим методом?

Література: [3, с. 271].

Лабораторна робота № 8 _____________________________________________