Лабораторные работы / Лаба Материаловедение 6 Термическая обработка углеродистой стали

_{МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ}

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Озерский технологический институт –

филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего

профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

(ОТИ НИЯУ МИФИ)

Кафедра ТМ и МАХП

Лабораторная работа 6

по курсу «Материаловедение»

Преподаватель				Миллер М.А.
Выполнил студент группы	1ТМ-26Д			Сергеев П. С.
	(индекс группы)		(дата, подпись)	(Ф.И.О.)

Озёрск

2017

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ.

Цель работы: изучение влияния скорости охлаждения аустенита на конечную структуру и твердость углеродистой стали.

Приборы, материалы и инструмент: 4 образца из Сталь 45; Электрическая печь; ванна охлаждения с водой; ванна охлаждения с маслом; твердомер; микроскоп; вытяжной шкаф; фарфоровая ванна; вата; спирт; набор реактивов.

Ход работы:

1. Определим время нагрева и выдержки образцов, исходя из их габаритных размеров.

;

;

;

;

;

;

.

2. Поместим образцы в печь, нагреем их и выдержим при температуре 850º C в течение рассчитанного времени. Охладим образцы в воде, в масле, на воздухе и в печи.

3. Зачистим образцы наждачной бумагой различной зернистости с одной стороны до состояния микрошлифа, с другой до состояния, необходимого для исследования образца на твёрдость.

4. Исследуем образцы на твёрдость и их микроструктуру. Сделаем зарисовки структур.

Охлаждающая среда	HRB	HRC	HB
Вода		61; 64; 64	652
Масло		52; 52; 49	495
Воздух	83; 86; 86		166
Печь	60;62;60		109

Рисунок 1.

При малой скорости охлаждения V₁ превращение аустенита начинается при температуре точки 1 с образованием феррита; в точке 2 начинается образование феррито-карбидной смеси, которое полностью заканчивается при температуре точки 3. Структура стали после такого охлаждения будет состоять из избыточного феррита и феррито-карбидной смеси. Так как охлаждение было медленным, а степень переохлаждения небольшой, то феррито-карбидная смесь представляет собой крупнопластинчатый перлит с низкой твердостью.

При более быстром охлаждении со скоростью V₂ превращение развивается аналогичным путем, но в условиях большего переохлаждения. Поэтому количество выделившегося избыточного феррита будет меньше, а строение феррито-карбидной смеси более дисперсное (сорбит).

При охлаждении со скоростью V₃ диффузионное превращение аустенита начинается сразу с образования мелкодисперсной феррито-карбидной смеси (троостита), но за счет большой скорости охлаждения времени для полного завершения диффузионного превращения недостаточно. Поэтому часть аустенита переохлаждается до точки начала мартенситного превращения и бездиффузионым путём превращается в мартенсит.

Минимальная скорость охлаждения, в результате которой получаются первые порции мартенсита, называется нижней критической скоростью закалки V_нкз. Графически кривая охлаждения, соответствующая V_нкз, касается линии конца перлитного превращения. При V_нкз выделение избыточного феррита в среднеуглеродистой стали обычно не наблюдается.

Минимальная скорость охлаждения, необходимая для полного переохлаждения аустенита до мартенситного превращения, называется верхней критической скоростью закалки V_вкз. Графически кривая охлаждения V_вкз касается линии начала перлитного превращения.

Рисунок 2.

Чтобы закалить сталь, ее следует охлаждать со скоростью, не меньшей, чем V_вкз, например, со скоростью V₄.

Изменение характера структуры вызывает изменение свойств стали. Возрастание твердости с повышением скорости охлаждения сначала связано с увеличением степени дисперсности феррито-карбидной смеси и уменьшением количества феррита в структуре, а затем с образованием новой структуры – мартенсита.

В ходе лабораторной работы мы наглядно убедились, что степень переохлаждения при термообработке напрямую влияет на механические свойства металлов (твёрдость, жёсткость).

Контрольные вопросы:

1. Понятие степени переохлаждения.

Степень переохлаждения – величина, равная разности между равновесной и фактической температурами кристаллизации.

2. Диаграмма изотермического распада аустенита и кривые охлаждения.

3. Превращения аустенита в углеродистых сталях в зависимости от скорости охлаждения.

4. Мартенсит, его строение и свойства.

Мартенсит – микроструктура пластинчатого вида, наблюдаемая в закалённых металлических сплавах. Основная структурная составляющая закалённой стали; представляет собой упорядоченный пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе такой же концентрации, как у исходного аустенита.

Кристаллическая структура мартенсита тетрагональная, элементарная ячейка имеет форму прямоугольного параллелепипеда, атомы железа расположены в вершинах и центре ячейки, атомы углерода в объёме ячеек. Структура неравновесная, и в ней есть большие внутренние напряжения, что в значительной степени определяет высокую твёрдость и прочность сталей с мартенситной структурой.

5. Структуры: перлит, сорбит, троостит, особенности строения и свойства.

Перлит – грубая смесь феррита и карбида. Образуется при малых степенях переохлаждения при температуре 650-700°С. При медленном охлаждении перлит присутствует во всех сплавах с концентрацией углерода от 0,02 до 6,67%. Под микроскопом перлит может выглядеть либо как пластины, либо как зерна.

Сорбит – одна из структурных составляющих сталей и чугунов; представляет собой высокодисперсную разновидность перлита. Твёрдость, прочность и ударная вязкость сорбита выше, чем перлита. По степени дисперсности и твердости занимает промежуточное положение между перлитом и трооститом. Образуется в результате распада аустенита при температурах 600-650 °С при охлаждении и из мартенсита при отпуске.

Троостит – структурная составляющая железоуглеродистых сплавов. Является высокодисперсным перлитом. Образуется в результате распада аустенита при температуре 500-600 °С. Превращение аустенита в троостит происходит диффузионным путём.

6. Критические скорости закалки.

Критическая скорость закалки – минимальная скорость охлаждения стали из высокотемпературного состояния, необходимая для подавления диффузионного распада аустенита при температуре его минимальной устойчивости с образованием феррито-цементитной смеси.

Нижняя критическая скорость закалки V_нкз – минимальная скорость охлаждения, в результате которой получаются первые порции мартенсита.

Верхняя критическая скорость закалки V_вкз – минимальная скорость охлаждения, необходимая для полного переохлаждения аустенита до мартенситного превращения.

7. Влияние скорости охлаждения на структуру и свойства стали.

Скорость охлаждения напрямую влияет на дисперсность стали и повышает её прочность и твердость.