Краткие теоретические сведения. «ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ»

Г. В. БЫЧКОВ, А. А. РАЖКОВСКИЙ, А. А. РАУБА

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ

«ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ»

ОМСК 2003

Министерство путей сообщения Российской Федерации

Омский государственный университет путей сообщения

__________________

Г. В. Бычков, А. А. Ражковский, А. А. Рауба

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ

«ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ»

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний к лабораторным работам

для студентов очного и заочного обучения

Омск 2003

УДК 620.22 (076.5)

ББК 34.651 я7

Б 95

Материаловедение. Раздел «Термическая обработка стали»: Методические указания к лабораторным работам для студентов очного и заочного обучения / Г. В. Бычков, А. А. Ражковский, А. А. Рауба; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2003. 33 с.

В методических указаниях представлены пять лабораторных работ, в которых рассмотрены основные вопросы термической обработки стали, фазовые и Краткие теоретические сведения. «ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ» структурные превращения в стали при ее нагреве и охлаждении.

Методические указания к лабораторным работам предназначены для студентов 1-го и 2-го курсов, изучающих дисциплины «Материаловедение» и «Технология конструкционных материалов», очной и заочной форм обучения.

Библиогр.: 3 назв. Табл. 1. Рис. 9.

Рецензенты: доктор техн. наук А. В. Бородин;

доктор техн. наук А. Ю. Попов.

________________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2003


ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.....................................................................................................................5

Лабораторная работа 1. Фазовые превращения в стали при нагреве...................6

Лабораторная работа 2. Фазовые и структурные превращения в стали

при охлаждении.........................……………..................9

Лабораторная работа 3. Отжиг и нормализация...................................................16

Лабораторная работа 4. Закалка стали...................................................................22

Лабораторная работа 5. Отпуск закаленной стали...............................................28

Библиографический список.....................................................................................32



ВВЕДЕНИЕ

Приступая к изучению способов термической обработки стали, следует помнить основное Краткие теоретические сведения. «ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ» положение материаловедения: свойства металлов и сплавов зависят от их структуры.

Термическая (тепловая) обработка металлов и сплавов – это технологический процесс, связанный с нагревом и охлаждением, вызывающий изменение структуры сплава и, как следствие этого, изменение его свойств. Основными факторами каждой операции термической обработки являются время (скорость) нагрева, температура нагрева, время (продолжительность) выдержки при температуре нагрева и время (скорость) охлаждения. Следовательно, режим любой термической обработки сплава можно представить графически в координатах «температура – время», причем в большинстве случаев решающая роль в получении заданной структуры и определенных свойств принадлежит скорости охлаждения.

Основными операциями термической обработки стали являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Термическую Краткие теоретические сведения. «ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ» обработку сплавов разделяют на предварительную и окончательную. Предварительной обработке подвергают в основном заготовки (поковки, отливки) для улучшения обрабатываемости, снижения твердости, исправления структуры и т. д., окончательной обработке – в основном готовые детали для получения свойств, необходимых в эксплуатации. Термическая обработка может быть простой и состоять из одной операции, например отжига или нормализации, и сложной, состоящей из нескольких операций, например закалки и отпуска.



Термической обработкой можно в широких пределах изменить свойства металлов и сплавов. Это позволяет увеличить допустимые напряжения и уменьшить размеры и массу деталей машин при сохранении или повышении их прочности, эксплуатационной надежности и стойкости.

Лабораторная работа 1

ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТАЛИ ПРИ НАГРЕВЕ

Цель Краткие теоретические сведения. «ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ» работы: получить практические навыки проведения нормализации перегретых образцов, изготовленных из углеродистых сталей; изучить фазовые превращения перлита в аустенит и влияние размера зерна на свойства стали.

Краткие теоретические сведения

1.1.1. Нагрев стали. Превращение перлита в аустенит

Превращение перлита в аустенит в соответствии с диаграммой состояния железоуглеродистых сплавов [1] происходит в точке AС1 (727°C, линия PSK). Это превращение состоит из двух одновременно протекающих процессов: полиморфного (аллотропического) - феррит переходит в аустенит и растворения перлитного цементита в образовавшемся аустените.

Для завершения процесса получения однородного (гомогенного) аустенита требуется длительная выдержка, что нецелесообразно, и поэтому нагрев производится с некоторым превышением (на 30 - 50°С) верхней критической точки. Чем выше температура Краткие теоретические сведения. «ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ», тем быстрее (за меньший отрезок времени) протекает превра­щение, и чем быстрее осуществляется нагрев, тем при более высокой температуре оно происходит.

Механизм процесса превращения перлита в аустенит состоит в зарождении зерен аустенита и их росте, что удобно проследить на примере эвтектоидной стали, имеющей постоянную температуру перекристаллизации (точка S). Исходное состояние (структура) стали - перлит - эвтектоидная смесь феррита и цементита. При переходе через критическую точку AС1 на границах ферритной и цементитной фаз образуются зародыши (центры кристаллизации) аустенита. Образовавшиеся зерна аустенита растут, и в них растворяется цементит. В результате полиморфного альфа – гамма-превращения образование новых зерен аустенита продолжается. Процесс заканчивается заполнением объема бывшего Краткие теоретические сведения. «ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ» перлитного зерна зернами аустенита (рис. 1.1).

Поскольку в каждом зерне перлита образуется несколько зерен аустенита, превращение перлита в аустенит сопровождается измельчением зерна стали.

Эта особенность фазовой перекристаллизации широко используется в практике термической обработки (отжиг, нормализация, закалка). Зерно аустенита в момент окончания перлитно-аустенитного превращения называется начальным зерном.

а б в г

Рис. 1.1. Схема роста перлитного зерна

1.1.2. Рост зерна аустенита при нагреве стали

Нагрев эвтектоидной стали в однофазной области (выше AС1) приводит к росту зерен аустенита. Происходит «слияние» мелких (начальных) зерен в крупные. Чем выше температура нагрева и чем длительнее выдержка, тем крупнее будут зерна.

После нагрева стали и выдержки при охлаждении Краткие теоретические сведения. «ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ» размер зерна не меняется. Какого размера были зерна аустенита перед охлаждением, такого размера будут и зерна перлита после охлаждения.

Зерно стали, полученное в результате той или иной обработки, называется действительным зерном. Оно характеризуется номером или баллом и определяется сравнением под микроскопом (при 100-кратном увеличении) со шкалой ГОСТ 5639-82. Стали с зерном № 1 - 5 относятся к крупнозернистым, с зерном № 6 - 15 - к мелкозернистым.

На свойства стали влияет только размер действительного зерна. Стали с мелкозернистой структурой имеют более высокую динамическую и усталостную прочность, низкий порог хладноломкости.

Укрупнение зерна (иногда в 2 – 3 раза) снижает ударную вязкость, работу развития трещины, повышает порог хладноломкости и почти не отражается на твердости и статической Краткие теоретические сведения. «ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ» прочности. Крупнозернистые стали более склонны к короблению и растрескиванию при закалке. Стали с крупнозернистой структурой, имеющие крупнокристаллический излом вследствие высокотемпературного нагрева (или длительной выдержки), называются перегретыми.

Образование крупного действительного зерна и снижение ударной вязкости в результате высокотемпературного нагрева называется перегревом стали.

Перегрев - дефект обработки стали. Он может быть исправлен повторной перекристаллизацией, т. е. полным отжигом или нормализацией. Перегрев до значений температуры, близких к линии солидус, вызывающий окисление границ зерен, называется пережогом стали.

пережог - неисправимый дефект структуры. Сталь утрачивает прочность. Излом таких сталей – камневидный.

1.1.3. Видманштеттова структура

Видманштеттова структура имеет два характерных признака: крупнозернистость и определенную направленность пластин феррита в Краткие теоретические сведения. «ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ» доэвтектоидных сталях или цементитных игл в заэвтектоидных сталях.

Эта структура образуется вследствие охлаждения крупнозернистой стали из аустенитного состояния. При перекристаллизации в доэвтектоидной стали феррит или в заэвтектоидной стали цементит вторичный образуется не только на границах, но и внутри зерен аустенита (по плоскостям кристаллической решетки в местах различных кристаллических дефектов).

Видманштеттова структура – признак перегрева стали. Перегретая сталь не всегда имеет видманштеттову структуру.

Видманштеттова структура встречается в стальных отливках (корпус автосцепки), сварных швах, деталях, перегретых при термообработке. Такая структура считается дефектной и в ответственных деталях недопустима. Она должна быть устранена полным отжигом или нормализацией [1, с. 234 - 243; 2, с. 123, 124, 177 - 180; 3, с. 112 - 144].


documentakwqgtd.html
documentakwqodl.html
documentakwqvnt.html
documentakwrcyb.html
documentakwrkij.html
Документ Краткие теоретические сведения. «ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ»