4.2. Порядок выполнения работы

1. Нагреть для полной закалки три образца из стали 40 или 45 для испытаний на ударный изгиб.

2. После выдержки образцы охладить на воздухе (нормализация), в масле и в воде (закалка).

3. Провести ударные испытания и замерить твердость образцов.

4. Сравнить механические свойства стали после термообработки; обсудить результаты испытаний.

4.3. Содержание отчета

1) График в координатах «температура – время», на котором должны быть указаны режимы основных способов закалки. описание особенности каждого режима закалки и его назначение.

2) Графические зависимости изменения механических свойств стали от скорости охлаждения образцов после нагрева до значения температуры выше фазовых превращений.

4.4. Вопросы для самоконтроля

1. Что называется закалкой?

2. Какие способы закалки существуют?

3. Какие виды закалки используются в промышленности?

4. В чем различие полной и неполной закалки?

5. Какова причина коробления изделий и появления трещин при закалке?

6. Что понимают под закаливаемостью и прокаливаемостью стали?

7. Какие достоинства и недостатки имеет закалка в одном охладителе, прерывистая в двух охладителях, ступенчатая, изотермическая и с самоотпуском?

Лабораторная работа 5

ОТПУСК ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ

Цель работы: ознакомиться с процессами, происходящими в закаленной стали при различных видах отпуска; изучить режимы низкого, среднего и высокого отпуска, его влияние на структуру и свойства стали, устройство муфельной печи, твердомеров типа ТШ и Роквелла.

5.1. Краткие теоретические сведения

Отпуск – операция термической обработки, связанная с нагревом закаленной стали ниже значений температуры фазовых превращений, выдержкой и охлаждением.

Цель отпуска – снятие или снижение внутренних напряжений, возникших при закалке стали, и получение структуры с заданными свойствами (прочностью, твердостью, пластичностью и вязкостью).

Отпуск необходимо проводить непосредственно после закалки, так как закалочные напряжения через некоторое время могут вызвать появление трещин. Кроме того, остаточный аустенит стабилизируется, его устойчивость к отпуску повышается.

Низкая пластичность и значительные внутренние напряжения при закалке стали на мартенсит не позволяют использовать ее без проведения отпуска. При нагреве вследствие диффузных процессов в структуре закаленной стали происходят фазовые превращения. Они зависят от температуры отпуска и определяют его назначение.

Первое превращение при отпуске происходит в интервале температуры 80 – 200°С. Атомы углерода, диффундируя из решетки мартенсита, способствуют образованию тончайших пластинок эпсилон-карбида, когерентно связанных с альфа-твердым раствором. Тетрагональность решетки мартенсита уменьшается. Снижаются внутренние напряжения. Такая гетерогенная (неоднородная) структура называется отпущенным мартенситом, или мартенситом отпуска.

Дальнейший нагрев температуры до 200 – 300°С вызывает превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит. Уменьшается тетрагональность решетки мартенсита, диффузия углерода продолжается и частицы эпсилон-карбида увеличиваются. Они начинают обособляться, превращаясь в цементит. Это второе превращение при отпуске.

Третье превращение происходит при температуре 300 – 400°С. Вследствие выделения углерода мартенсит становится ферритом, а эпсилон-карбид – цементитом. Снимаются внутренние напряжения. Образуется мелкодисперсная смесь феррита и цементита, называемая трооститом отпуска.

При температуре отпуска 400°С и выше из мартенсита образуется смесь феррита и цементита разной дисперсности, поэтому эти структуры имеют те же названия, что и образующиеся из аустенита. Но при отпуске цементит имеет не пластинчатую, а зернистую форму, что способствует повышению пластичности (вязкости) троостита отпуска и сорбита отпуска.

Повышение температуры отпуска до 500 – 650°С способствует коагуляции (укрупнению) и сфероидизации (округлению) карбидных частиц. Троостит отпуска превращается в сорбит отпуска – мелкую (дисперсную) смесь феррита и зернистого цементита.

Температура отпуска – самый существенный фактор, который влияет на свойства стали. Твердость и прочность с повышением температуры отпуска снижаются, а пластичность и вязкость повышаются. Свойства углеродистых сталей в отличие от легированных не зависят от условий охлаждения при отпуске.

В легированных сталях все процессы отпуска происходят, как правило, в области более высоких температур, так как легирующие элементы замедляют диффузионные процессы. Так, распад мартенсита завершается при температуре 450 – 500°С, а коагуляция специальных карбидов – при 600 – 680°С. При некоторых условиях отпуска закаленных легированных сталей происходит их «охрупчивание» – потеря пластичности (отпускная хрупкость).

Отпускная хрупкость первого рода появляется при температуре порядка 300°С у всех сталей независимо от их состава и скорости охлаждения при отпуске. Отпускная хрупкость второго рода проявляется после отпуска выше 500°С в результате медленного охлаждения. Не все стали склонны к хрупкости второго рода, но хром, особенно в сочетании с никелем или марганцем, делает сталь особо чувствительной к условиям охлаждения при отпуске. Для предупреждения «охрупчивания» стали необходимо избегать интервала температуры отпускной хрупкости первого рода (300 – 350°С). Стали, склонные к отпускной хрупкости второго рода, после отпуска следует охлаждать быстро (в воде или масле). В зависимости от температуры различают несколько видов отпуска.