Контрольные вопросы и задания. Лабораторная работа 9. Цель работы. Приборы, материалы и инструмент. Краткие теоретические сведения

Контрольные вопросы и задания

1. Назовите основные элементы режима закалки и ее цели.

2. Какую структуру должны получить доэвтектоидные стали при на- греве под закалку?

3. Что такое мартенсит? Какими особенностями строения его кристал- лической решетки можно объяснить его высокую твердость и хрупкость?

4. От чего зависит степень тетрагональности мартенсита?

5. Почему при закалке заэвтектоидных сталей нагрев производят до температуры Ас₁ + (30÷50) °С?

6. Какой структурой будет обладать инструментальная сталь У8 после закалки до комнатной температуры?

7. От чего зависит количество остаточного аустенита при закалке?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9

ОТПУСК УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Цель работы

Исследование влияния температуры отпуска на структуру и свойства конструкционной углеродистой стали.

 

Приборы, материалы и инструмент

Камерная печь, щипцы, набор закаленных образцов из стали 45, набор микрошлифов, микроскоп МИМ-7, твердомер ТШ для определения твердо- сти по методу Бринелля и твердомер ТК для определения твердости по мето- ду Роквелла.

 

Краткие теоретические сведения

Отпуск заключается в нагреве закаленной стали ниже температуры первого фазового превращения (Ас₁), выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью (чаще всего на воздухе).

Отпуск делается для уменьшения величины внутренних напряжений, возникших в изделии при закалке, а также для получения нужного комплекса механических свойств стальных изделий. В практике термической обработки стали наиболее часто применяют три вида отпуска: низкий (150–200 °С), средний (350–500 °С) и высокий (500–650 °С).

Основными фазами закаленной доэвтектоидной стали являются мар- тенсит и остаточный аустенит. В заэвтектоидных сталях кроме этих фаз при- сутствуют еще карбиды.

В процессе отпуска в закаленной стали протекают диффузионные процессы, ведущие к распаду мартенсита и остаточного аустенита. В углеро- дистых сталях, при температурах 120–200 °С, уменьшается концентрация уг- лерода в мартенсите, возникают микроучастки структуры с неоднородным распределением углерода в a-твердом растворе и образуются весьма дис- персные частицы карбидов (ε-карбид), когерентные (неразрывные) с кри- сталлами a-твердого раствора. Такая структура называется отпущенным мартенситом (рис. 9.1, а), а этот вид отпуска низким. Его осуществляют для сохранения высокой твердости необходимой инструментальным сталям.

Одновременно с превращениями в мартенсите углеродистой стали при температурах 200–300 °С происходит распад остаточного аустенита, продукты которого аналогичны структуре отпущенного мартенсита. При- мерно при 350 °С мартенсит исчезает, так как степень тетрагональности ре- шетки α-Fe становится равной единице, одновременно частицы ε-карбида те-

ряют когерентность с α-фазой и превращается в обычный карбид железа – цементит (Fе₃С). Такой вид отпуска называется средним. Полученная в ре- зультате структура состоит из ферритокарбидной смеси, сохранившей иголь- чатое строение, и носит название троостит отпуска (рис. 9.1, б). Если нуж- но обеспечить соотношение высокой прочности s_в с высокими значениями условного предела упругости s_у и ударной вязкости, стали подвергают сред- нетемпературному отпуску при температурах 350–500 °С. Его назначают для пружинно-рессорных и штамповых сталей.

а                                  б                                 в

Рис. 9.1. Схемы зарисовки структур, возникающие после отпуска:

а – мартенсит отпуска; б – троостит отпуска; в – сорбит отпуска

 

 

200                  400               600    °С

 

Рис. 9.2. Зависимость механических свойств отпущенной углеродистой стали от температуры отпуска

 

При температурах более 500 °С наблюдаются изменения в строении ферритокарбидной смеси стали: происходит округление цементитных частиц (процесс сфероидизации) и укрупнение их размеров (процесс коагуляции). Отпуск при температурах 500–650 °С называют высоким, а полученную зер- нистую феррито-карбидную смесь сорбитом отпуска (рис. 9.1, в). При этом

твердость стали снижается, а возрастают показатели ударной вязкости и пре- дела упругости. Получить хорошее сочетание достаточной прочности, вязко- сти и пластичности (стали для ответственных деталей машин) позволяет вы- сокий отпуск.

Взаимосвязь между механическими свойствами отпущенной стали, ее структурой и температурой отпуска представлена на рис. 9.2.

Каждый вид отпуска имеет определенный температурный режим и применяется для сталей различного назначения.