Лабораторная работа №6 Влияние условий охлаждения на структуру и твердость инст­рументальной стали

1. 
   Цель работы: изучить влияние различных условий охлаждения на микрострукту­ру и твердость инструментальной стали.
   

2. 
   Объект исследования, оборудование.
   

Исследуются образцы после различных термических обработок. Нагрев произво­дится в лабораторных электропечах, охлаждение - в электропечах и раз­личных средах (свинец, селитра, воздух), измерение твердости - на прибо­ре ТК-2 с использованием в качестве индентора алмазного конуса или стального шарика в зависимости от ожидаемой твердости.

3. 
   Задание на работу.
   

Получить образец из стали У8 (или У10) и выполнить одну из тер­мических обработок, указанных на рис.2.

Нагрев во всех образцах до 850°С перед термической обработкой производится в одной печи.

4. 
   Порядок проведения работы.
   

1. Перед началом термической обработки определить время инкубационного периода и общее время изотерической выдержки (рис.3) (результаты занести в таблицу).

2. Замерить твердость образца перед термической обработкой.

3. Произвести заданную термическую обработку.

4. Охлажденные образцы зачистить с двух сторон, измерить твердость. Результаты измерений занести в таблицу. В последней графе указать ожидаемую микроструктуру. В таблицу заносятся результаты всех видов термических обработок.

5. Сделать выводы из анализа полученных результатов.

5. 
   ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
   

Меняя условия охлаждения стали с температур выше критической точки Ас1 (>727°С), можно существенно изменить ее структуру и свойства по сравнению с равновесным состоянием.

Условия охлаждения определяются температурой охлаждающей среды и размерами сечения детали (образца).

При температуре выше А_С1 переохлажденный аустенит неустойчив и распадается на феррито - цементитную смесь диффузионным путем. При быстром охлаждении до температур ниже Мн со скоростью больше крити­ческой аустенит превращается в мартенсит. Распад аустенита может про­ходить при непрерывном охлаждении и в изотермических условиях.

Чем ниже температура превращения, тем дисперснее продукты распада аустенита, тем выше твердость и прочность и ниже пластичность.

Распад аустенита происходит не мгновенно, время до начала распа­да называется инкубационным периодом.

Если распад происходит при 710-700 °С, то образуется грубопластичный перлит,

при 670-650 °С - сорбит, при 550-500 °С - троостит. Все эти структуры пластинчатые (чередующиеся пластинки феррита и цемен­тита), меняется только межпластинчатое расстояние от 0,0007 мм у перлита до 0,0001мм у троостита. Скорость охлаждения после окончания превраще­ния не влияет на структуру и свойства.

В температурном интервале 500°С-Мн (< 200°С) протекает проме­жуточное (бейнитное) превращение и образуется игольчатая структура -бейнит (слабо перевыщенные углеродом иглы феррита с включениями зернистого цементита). Если превращение аустенита происходит в интервале температур Мн — Мк, образуется метастабильная структура - мартенсит.

Образование мартенсита не связано с диффузией углерода, и при­водит к увеличению объема, вследствие чего в детали (образце) возника­ют значительные внутренние напряжения.

График, связывающий температуру и время превращения аустени­та в изотермических условиях, называется диаграммой изотермического распада аустенита (рис.1).

Рис. 1 Схема диаграммы изотермического распада переохлажденно­го аустенита стали (С - образные кривые).

Мартенситное превращение происходит при непрерывном охлаж­дении (непрерывная закалка) или при охлаждении до температур, близких к Мн, короткой изотермической выдержке (меньше инкубационного пе­риода), когда изотерма не пересекает кривых 1,2, и последующего замед­ленного охлаждения (ступенчатая закалка).

На рис.2 приведены графики различных видов термической обра­ботки, которые будут использованы в настоящей работе.

Рис.2. Графики охлаждения обрабатываемых образцов: 1- нормали­зация; 2 - изотермический отжиг; 3,4,5 - изотермическая обработка на сорбит, тростит и бейнит; 6 - ступенчатая закалка; 7 - непрерывная закалка.


Рис. 3 Диаграмма изотермического распада аустенита стали У10.

ВЫВОДЫ:

6. 
   Контрольные вопросы.
   

2. Какое максимальное количество углерода может содержаться этих фазах?

3. В чем различие между перлитом, сорбитом, трооститом, бейнитом?

4. Для чего используется на практике диаграмма изотермического распада аустенита?

5. От чего зависит положение точек Мн и Мк?

6. Преимущество ступенчатой закалки на мартенсит по сравнению с закалкой в одном охладителе (вода, масло)? Что ограничивает область ее применения?

Дата выполнения _______________________

Подпись студента _______________________