9.4.4 Анализ результатов и выводы

Исходя из химического состава стали, объяснить разницу в прокаливаемости углеродистой и легированной стали.

9.5 Контрольные вопросы

1. Какой вид термической обработки называют закалкой?

2. Что такое верхняя критическая скорость?

3. Что такое нижняя критическая скорость?

4. Что понимают под прокаливаемостью стали?

5. От чего зависит твердость полумартенситной зоны?

6. Что влияет на прокаливаемость?

7. Как определяют критический диаметр прокаливаемости?

Лабораторная работа № 10 изучение влияния температуры отпуска на микроструктуру и свойства закалённой стали

Цель работы: изучить свойства отпущенной стали, виды отпуска и его назначение.

10.1 Теоретические сведения

Отпуском называют вид термической обработки, заключающийся в нагреве закалённой стали до температуры, лежащей ниже нижней критической точки А_С1, выдержке 1,5...2,0 часа и охлаждении (медленном или быстром). Цель отпуска – окончательно сформировать структуру и свойства стали и снять закалочные напряжения.

Закаленная сталь имеет в основном мартенситную структуру, высокую твердость и хрупкость. При отпуске мартенсит распадается, что приводит к снижению твёрдости и повышению вязкости стали. Превращение мартенсита при нагреве зависит от температуры. При нагреве до температуры ниже 300 °С мартенсит превращается в мартенсит отпущенный, при более высоких температурах из мартенсита выделяется цементит (карбид железа Fe₃С), а сам мартенсит становится обычным ферритом. Полученную структуру (дисперсную смесь феррита и цементита) называют трооститом отпуска. Эта структура имеет самое высокое значение предела упругости (σ_упр) при более низкой твёрдости, чем у мартенсита отпущенного. При дальнейшем нагреве выделившиеся частички цементита укрупняются и приобретают сферическую форму. Твёрдость при этом еще снижается, а вязкость возрастает.

Полученную дисперсную смесь феррита и цементита зернистого строения называют сорбитом отпуска.

Различают три вида отпуска:

- низкий отпуск при температуре 150...200 °С на структуру мартенсит отпущенный. Он применяется в том случае, когда нужно сохранить твёрдость, полученную при закалке. Это инструмент из высокоуглеродистых сталей; детали, работающие на трение, сделанные на низкоуглеродистой стали, но предварительно (перед закалкой и отпуском) прошедшие цементацию (насыщение поверхности углеродом); детали из низкоуглеродистых легированных сталей. В этом случае при закалке получается низкоуглеродистый мартенсит невысокой твердости (менее 35 HRC), поэтому после низкого отпуска твёрдость и прочность стали выше, чем у отожжённой или нормализованной, а вязкость достаточная для конструкционных сталей (так как мало в ней углерода);

- средний отпуск при температуре 350…400 °С на структуру тро-остит отпуска. Его используют в том случае, когда нужно получить максимальное значение предела упругости. В основном это пружинные и рессорные стали (твердость 40...45 HRC, предел упругости не менее 800 МПа), а также некоторые виды штампового инструмента;

- высокий отпуск при температуре 500…600 °С на структуру сорбит отпуска, обладающую хорошим сочетанием прочности и вязкости. Применяют для среднеуглеродистых конструкционных сталей.

Термическая обработка, заключающаяся в закалке с высоким отпуском на структуру сорбит отпуска, называется улучшением стали. В этом случае твердость и вязкость выше, чем у отожженной или нормализованной стали (таблица 10.1).

Таблица 10.1 – Сравнительные свойства для стали 45

Вид термообработки	Твёрдость HB, МПа	Предел прочности, МПа	Ударная вязкость, МДж/м2
Отжиг Улучшение	1500 – 1800 2500 - 2900	600 800