Лабораторная работа №5

Цель работы: ознакомиться с практикой выполнения отжига, нормализации, закалки и

отпуска. Изучить влияние режимов термической обработки на твёрдость стали.

буквой «А». Нижняя критическая точка, обозначаемая А1, лежит на линии

PSK и соответствует превращению А→П (см. рис.). Верхняя критическая точка А3 лежит на линии GS и соответствует началу выпадения или концу растворения феррита в доэвтектоидных сталях. Критическая точка Аm лежит на линии SЕ и соответствует началу выпадения (концу растворения) вторичного цементита в заэвтектоидных сталях. Чтобы отличить критическую точку при нагреве от критической точки при охлаждении рядом с буквой А ставят индекс: при нагреве – «с» (Ас); при охлаждении – «r» (Аr).

при содержании
углерода более 2,14% углерода (при большем количестве углерода

образуется чугун).
Углерод придаёт сплавам железа прочность.
Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью
называется содержащий не менее 45% железа сплав с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь).
По структуре при комнатной температуре стали подразделяются на
доэвтектоидные (со структурой перлита и феррита);
эвтектоидная (со структурой перлита);
заэвтектоидные (со структурой перлита и цементита).

Сталь 40 (0,4% С):
σв=620 МПа,
1700НВ,
δ=20%

Сталь У8 (0,8% С):
σв=950 МПа,
2750НВ,
δ=8%

Сталь У12 (1,2% С):
σв=820 МПа,
4200НВ,
δ=2%

изменяется
в зависимости от температуры – 0,02% при температуре 727ºС и

0,006%
при температуре 0ºС: σв=200 МПа, 600НВ, δ=40%

Аустенит – твердый раствор углерода в γ-Fe (ГЦК). Растворимость углерода изменяется
в зависимости от температуры – 2,14% при температуре 1147ºС и 0,8% при температуре
727ºС со средними прочностными характеристиками: 800НВ, δ=50%.

Цементит – химическое соединение Fe3C (8000НВ, δ=0%)

Перлит – смесь феррита и цементита пластинчатой или зернистой формы. В зависимости
от этого изменяются механические свойства.

заэвтектоидной на 30–50 °С, выдержка при этой температуре и последующее

охлаждение вместе с печью. Весьма медленное охлаждение приводит сталь в равновесное состояние, снижает её твёрдость. Выполняется для исправления структуры или улучшения обрабатываемости резанием конструкционных и инструментальных сталей.

Нормализация – нагрев стали выше линии Ас3 (доэвтектоидной) или Аст (заэвтектоидной) на 30–50 °С, выдержка при этой температуре и последующее охлаждение – на спокойном воздухе. Более ускоренное охлаждение при нормализации несколько повышает прочность и твёрдость стали. Выполняется для исправления структуры или придания большей прочности и повышенной вязкости конструкционным и инструментальным сталям.

Закалка – нагрев стали выше линии Ас3 (доэвтектоидной) или Ас1 (заэвтектоидной) на 30–50 °С, выдержка при этой температуре и последующее ускоренное охлаждение – в воде, масле или другом охладителе. Максимально повышается твёрдость и прочность конструкционных и инструментальных сталей.

Отпуск стали – это нагрев закаленной стали до температуры ниже линии Ас1, выдержка при этой температуре и последующее охлаждение (как правило в воде) до комнатной температуры.

отжига – исправление структуры, т. е. повышение пластичности, снижение
прочности

и твердости, измельчение зерна.
У доэвтектоидных сталей это происходит при нагреве под полный отжиг.

сталей снижение прочности и повышение пластичности происходит
только при неполном отжиге,

при котором образуется структура зернистого перлита –
перлита с цементитными включениями зернистой формы. При полном отжиге образуется пластинчатый перлит с цементитной сеткой.

– сорбит закалки; в – троостит закалки
Например, твердость сталей, содержащих

0,2; 0,4 и 0,8% С, после отжига равна соответственно 1200, 1600 и 1800 НВ, а после нормализации 1300, 1900 и 2400 НВ.

Цель нормализации – измельчение зерна и некоторое повышение прочностных свойств
за счет образования более дисперсных структур сорбита и троостита. У заэвтектоидных
сталей, кроме того, не успевает выделиться цементитная сетка.

перлитного превращения;
V1, V2, V3, V4, VКР – векторы скоростей

охлаждения; МH – линия начала мартенситного превращения

Мартенсит — основная структурная составляющая закалённой стали;
представляет собой упорядоченный пересыщенный твердый раствор углерода в α-Fe в такой же концентрации, как у исходного аустенита.

Структура мартенсита

превращения является критическая скорость закалки VКР.
Это наименьшая скорость охлаждения,

при которой подавляется диффузия атомов углерода. Для углеродистых и низколегированных сталей VКР = 250 ºС/с.

Зависимость твёрдости мартенсита от содержания углерода в стали: 1 – закалка от температуры выше Ас3, , 2 – твердость мартенсита, 3 – закалка от температуры выше Ас1, 4 – закалка от температуры выше Аст

повышение вязкости закаленной на мартенсит стали.
При низком отпуске вязкость увеличивается

и сохраняется повышенная твердость (структура – мартенсит отпуска).
При среднем – повышается ударная вязкость, предел упругости и наблюдается снижение твердости (структура - троостит отпуска).
При высоком – ударная вязкость повышается до максимального значения при относительно высокой прочности и твердости стали (структура – сорбит отпуска).

а – троостит отпуска; б – сорбит отпуска
Структура мартенсита закалки

стали У8

точки: АС1 = 750ºС , АС3 =805ºС;
марка У12, химический состав:

__________________________________,
критические точки: АС1 =730 ºС, АСm = 820ºС

Температурные интервалы нагрева при термической обработки стали:

Отчет по лабораторной работе

вода, образцы № 1,2,3
Выводы _______________
Влияние температуры нагрева под закалку и

отжиг на твердость стали У12:
охлаждающая среда вода, печь. Образцы № 10, 11 и 12,13

Выводы _______________

У12 :
охлаждающая среда вода, масло, воздух, печь, образцы № 3,4,5,

6 и 10, 12

Выводы _______________

Влияние температуры отпуска на твердость сталей 40Х и У12:
образцы №7,8,9 и 15,16,17

Выводы _______________

должно быть полное объяснение полученных результатов – почему были получены

такие величины твердости.
Методические указания к ЛР приведены в личном кабинете на сайте ОмГТУ в разделе «Контактная работа»