metod416

Приложение А (справочное)

Фрагменты диаграммы железо-углерод

Рисунок А.1 – Фрагмент диаграммы железо-углерод: высокотемпературная область

71

6 Лабораторная работа № 6

Закалка углеродистых сталей

6.1 Цель работы

6.1.1 Изучение превращений переохлажденного аустенита при закалке углеродистых сталей.

6.1.2 Ознакомление с технологическим процессом и получение практических навыков назначения режимов закалки.

6.2 Общие сведения

6.2.1 Сущность и назначение закалки

В процессе изготовления детали машин подвергаются упрочняющей термической обработке. Наиболее распространенным видом термической обработки углеродистых сталей является закалка с последующим отпуском.

Закалкой стали называется термическая обработка, заключающаяся в нагреве стали выше температур фазовых превращений, выдержке при этой температуре и охлаждении со скоростью выше критической. Возможность изменения структуры и свойств сталей при термической обработке обусловлена наличием фазовых превращений в твердом состоянии. При охлаждении аустенита с различными скоростями достигается разная степень его переохлаждения. Вследствие этого возможно получение продуктов распада аустенита, отличающихся по строению и свойствам.

6.2.2 Превращения аустенита при различных степенях переохлаждения

6.2.2.1 Перлитное превращение аустенита

При эвтектоидном превращении образуются фазы, резко отличающиеся по составу аустенита: феррит, почти не содержащий углерода (0,02 % С при 727 0С) и цементит, содержащий 6,67 % С. Поэтому распад аустенита на ферритно-цементитную смесь сопровождается диффузией, перераспределением углерода и железа. Этот процесс протекает при относительно небольших скоростях охлаждения, позволяющих аустениту распадаться при температурах 700-550 0С и не ниже, т.к. скорость диффузии резко уменьшается с понижением температуры. При этом образуется механическая смесь кристаллов феррита и цементита, дисперсность которой возрастает по мере снижения температуры превращения. Чем больше переохлаждение, тем меньше сумма толщин двух пластинок феррита и цементита (таблица 6.1). Такие структуры по мере повышения дисперсности кристаллов феррита и цементита называются перлитом, сорбитом и трооститом (рисунок 6.1). С

79

увеличением степени дисперсности ферритно-цементитных структур твердость, предел прочности и текучести повышаются.

а – перлит; б – сорбит; в – троостит

Рисунок 6.1 – Микроструктура углеродистой стали

Таблица 6.1 - Характеристики ферритно-цементитных структур

6.2.2.2 Мартенситное превращение аустенита

Если аустенит быстрым охлаждением переохладить до более низких температур, при которых диффузионные процессы становятся невозможными и перераспределение углерода и железа не происходит, то его решетка перестраивается без выделения углерода. В результате такого бездиффузионного превращения образуется мартенситная структура, представляющая собой пересыщенный α-твердый раствор.

Мартенсит стали – перенасыщенный твердый раствор внедрения углерода в α-железе.

Если в равновесном состоянии растворимость углерода в α-железе при 20 0С не превышает 0,002 %, то его содержание в перенасыщенном α- твердом растворе (мартенсите) может быть таким же, как в исходном аустените, то есть достигать 2,14 % С. Мартенсит имеет тетрагональную решет-

ку с отношением параметров CA =1. Чем больше в мартенсите углерода, тем

80