Исследование влияния скорости охлаждения при термической обработке на микроструктуру и твердость углеродистых сталей
Лабораторная работа №1 Исследование влияния температуры нагрева на микроструктуру и твердость закаленных углеродистых сталей Цель работы: научиться выбирать оптимальную температуру нагрева под закалку сталей с различным содержанием углерода. Материальное обеспечение: снимки микроструктур сталей 40, У8,У12; оборудование для изготовления шлифов; твердомер. Задачи исследования: изучить влияние температуры нагрева на микроструктуру и твердость сталей после закалки. Теоретическая часть Целью любого процесса термической обработки (ТО) является получение желаемой структуры сплава (следовательно, и свойств сплава) путем нагрева до определенной температуры выдержки и последующего охлаждения с определенной скоростью. В зависимости от уровня полученных механических свойств ТО делят на упрочняющую и умягчающую. К упрочняющим видам ТО относятся различные способы закалки и термомеханическая обработка (ТМО). Закалка с полиморфным превращением – это операция ТО, включающая нагрев выше температуры фазового превращения и последующее охлаждение со скоростью, превышающей критическую скорость, необходимую для получения мартенситной структуры. Рис. 1.1
Применительно к стали, нагрев под закалку должен осуществляться выше критических точек Выбор оптимальной температуры нагрева под закалку является одним из главных условий, обеспечивающих высокое качество закалки. При закалке доэвтектоидных сталей до температур, лежащих в межкритическом интервале (
Неконтролируемый рост аустенитных зерен при нагреве называется перегревом. Пережог – выделение по границам зерен аустенита легкоплавких соединений (как правило сульфидов). Перегрев является устранимым, а пережог неустранимым дефектом ТО. В заэвтектоидной стали при закалке от температур выше Наличие в структуре закаленной стали избыточного цементита во многих отношениях полезно. Например, включение избыточного цементита повышает износостойчивость стали. Нагрев заэвтектоидных сталей производят до температуры: Рис. 2.2
Нагрев заэвтектоидной стали выше температуры Нагрев доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей до температур, значительно превышающих температуры При нагреве происходит образование легкоплавких прослоек по границам аустенитных зерен, сталь при этом становится непригодной для использования.
Для углеродистых сталей температуру закалки определяют по диаграмме железо-углерод. Порядок выполнения работы 1. Сталь 40 нагревают до: а) t= 650°C; б) t= 760°C; в) t= 820°C; г) t= 900°C; 2. Сталь У8 нагревают до: а) t= 650°C; б) t= 760°C; в) t= 900°C; 3. Сталь У12 нагревают до: а) t= 650°C; б) t= 760°C; в) t= 900°C;
Сталь 40:
Выводы: Сталь У8:
Выводы: Сталь У12:
Выводы:
Лабораторная работа №2 Исследование влияния скорости охлаждения при термической обработке на микроструктуру и твердость углеродистых сталей Цель работы: научиться выбирать скорость охлаждения (охлаждающую среду) при термической обработке (ТО) углеродистых сталей для получения требуемой структуры и твердости. Материальное обеспечение: набор эталонных образцов и снимков микроструктур исследуемых сталей; муфельные лабораторные печи; закалочные бочки; наждачный круг; шлифовальная бумага; спиртовые растворы для выявления микроструктуры стали; твердомер. Задачи исследования: изучить влияние скорости охлаждения на микроструктуру и твердость сталей с различным содержанием углерода; оценить охлаждающую способность различных сред. Продолжительность работы – 4 ч. Теоретическая часть На формирование структуры стали при ТО огромное влияние оказывает скорость охлаждения. Если сталь, нагретую до аустенитного состояния, охлаждать с различными скоростями, то температура распада переохлажденного аустенита понижается тем больше, чем больше скорость охлаждения. При диффузионном распаде аустенита образуется феррито-цементитная структура. Пластинки цементита растут вглубь зерна аустенита, при этом соседние микрообъемы объединяются углеродом и превращаются в феррит. Так формируется феррито-цементитная смесь. В зависимости от скорости охлаждения стали, из аустенита могут сформироваться следующие структуры. Перлит (П) – крупнопластинчатая смесь феррита и цементита; образуется при медленном охлаждении (кривая 1, рис. 2.1). Твердость пластинчатого перлита эвтектоидной стали составляет 230НВ. При увеличении скорости охлаждения (кривая 2, рис. 2.1) образуется структура Сорбит (С), у которого более высокая степень дисперсности, чем у перлита. Твердость сорбита 230-330 НВ.
Троостит (Т) – высокодисперсная смесь феррита и цементита, которая образуется при переохлаждении аустенита углеродистой стали до температур 500-550°С (кривая 3, рис. 2.1). Твердость троостита 300-400НВ. Перлит, сорбит и троостит, образующиеся из аустенита, имеют пластинчатое строение. Эти структуры называют структурами перлитного типа. Рис. 2.1 Схема наложения кривых охлаждения на диаграмму изотермического распада аустенита.
В зависимости от скорости охлаждения возможно получение не только структур перлитного типа. При определенной скорости охлаждения (кривая 4, рис. 2.1), часть аустенита распадается на феррито-цементитную смесь и часть остается нераспавшейся. При дальнейшем понижении температуры нераспавшийся аустенит начинает превращаться в Мартенсит. Это превращение начинается при температуре Мн и заканчивается при температуре Мк. В результате образуется структура мартенсит и троостит закалки. Дальнейшее увеличение скорости охлаждения (кривая 5, рис. 2.1) препятствует протеканию диффузионных процессов распада аустенита, поэтому он переохлаждается до температуры Мн, а затем происходит бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит. При такой скорости охлаждения структура стали представляет собой мартенсит и определенное количество остаточного аустенита, которое зависит от химического состава стали. При мартенситном превращении происходит лишь перестройка ГЦК решетки аустенита в ОЦК решетку феррита без выделения из раствора углерода, что приводит к искажению кубической решетки до тетрагональной. Чем больше углерода было в аустените, тем большую степень тетрагональности будет иметь кристаллическая решетка мартенсита, тем тверже закаленная сталь. Превращение аустенита в мартенсит протекает в интервале температур Мн и Мк только при непрерывном охлаждении и характеризуется высокой скоростью роста зародышей в пределах 1000-7000 ш/с. Первые пластинки мартенсита обычно ориентированы относительно друг друга под углом 60° или 120°.
Размеры пластинок мартенсита определяются величиной исходного зерна аустенита. Чем больше зерно аустенита, тем крупнее пластины мартенсита. Превращение аустенита в мартенсит сопровождается увеличением объема. Порядок выполнения работы 1. Нагревают по 4 образца доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтетоидной стали до оптимальной температуры. Время нагрева определяется????? 2. Затем по одному образцу каждой марки стали охлаждают: а) в воде (скорость охлаждения около 600°С/с) б) в масле (скорость охлаждения около 150°С/с); в) на воздухе (скорость охлаждения около 30°С/мин); г) с печью (скорость охлаждения около 5-10°С/мин); 3. Охлажденные образцы зачищают от окалины с двух сторон и испытывают на твердость по методу Роквелла с применением алмазного конуса при нагрузке 150 кг или шарика при нагрузке 100 кг (в зависимости от предлагаемой твердости). 4. После замеров твердости, с одной стороны каждого образца изготавливают микрошлиф, травят его в 4-% спиртовом растворе азотной кислоты и изучают микроструктуру. Результаты замеров твердости и исследования микроструктуры заносят в сводную таблицу. На основании данных таблицы строят графики изменения твердости в зависимости от скорости охлаждения и делают вывод о том, какая охлаждающая среда обеспечивает получение максимальной твердости при закалке доэвтетоидной, эвтетоидной и заэвтектоидной стали. Таблица 2.1 Результаты исследований
Методические указания При выполнении работы особое внимание следует уделить: - выработке навыков проведения ТО в различных охлаждающих средах; -умению определять конечную микроструктуру при известных скоростях охлаждения; -оценке закалочной способности охлаждающей среды; -правильности выбора охлаждающей среды для конкретной марки стали в зависимости от требуемых свойств; -закреплению умения выбирать оптимальную температуру нагрева под закалку. При исследовании микроструктуры необходимо обратить внимание на зависимость степени дисперсности феррито-цементитной структуры от скорости охлаждения при ТО сталей.
Лабораторная работа №3
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|