Выбор охлаждающей среды для закалки сталей

Для закалки доэвтектоидной и эвтектоидной сталей необходимо выполнить три условия.

1. Нагреть сталь до аустенитного состояния.

2. Выдержать при температуре нагрева определенное время.

3. Охладить со скоростью, не менее критической. Тогда аустенит превратится в мартенсит (рис. 5.4).

На диаграмму изотермического распада переохлажденного аустенита накладываются кривые непрерывного охлаждения: V₁, V₂, V₃, V₄ (см. рис. 2.4). Диаграмма представлена двумя линиями в виде буквы С. Слева от С-образных кривых находится область переохлажденного аустенита. Левая кривая – начало превращения аустенита в феррито-цементитную смесь, а правая – конец этого превращения.

При охлаждении со скоростями V₁, V₂ и V₃ получают пластинчатые феррито-цементитные смеси, перлит, сорбит и троостит.

Ниже температуры М_Н начинается бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит. При температуре М_К образование мартенсита заканчивается.

Мартенситное превращение протекает при непрерывном охлаждении в интервале температур от М_Н до М_К со скоростью выше критической, например, при закалке стали в воде (V₄).

Критической скоростью закалки (V_КР) называют скорость охлаждения, при которой аустенит превращается только в мартенсит.

Рис. 6.4 Диаграмма изотермического распада аустенита для эвтектоидной стали

Углерод в значительной степени снижает температуру начала и конца мартенситного превращения, уже при содержании углерода 0,5 % конец мартенситного превращения М_К лежит в области отрицательных температур. Поскольку обычно закалка стали заканчивается при комнатной температуре, то в стали с таким содержанием углерода мартенситное превращение не доходит до конца и наряду с мартенситом сталь после закалки содержит и некоторое количество аустенита, который называется аустенитом остаточным (просматривается в виде светлых полей (рис. 6.2) между мартенситными иглами закаленной стали). Аустенит обладает гораздо меньшей твёрдостью, чем мартенсит, поэтому закаленную сталь, имеющую в структуре аустенит остаточный (а его количество колеблется от 20 % до 60 %), подвергают обработке холодом (до –70 С, –80 С), т. е. по сути дела продолжают закалку до температуры конца мартенситного превращения, когда аустенит остаточный превращается в мартенсит.

Порядок выполнения работы

1. Каждый студент получает один образец конструкционной углеродистой стали замеряет его твёрдость на приборе Бринелля.

2. Определяет время выдержки образца в печи, помещает образец в нагретую до заданной температуры муфельную электропечь с автоматическим регулированием.

3. По окончании выдержки студент быстро переносит клещами образец в охлаждаемую жидкость (вода, масло) для закалки, где интенсивно перемешивает вверх–вниз во избежание образования паровой рубашки.

4. Замеряет твёрдость образца после закалки на приборе Роквелла, данные сводятся в табл. 6.1.

5. Исследует и зарисовывает микроструктуры стали на микроскопе МИМ-7, полученные при всех режимах закалки.

Содержание отчета

1. Ход работы – см. «Порядок выполнения работы».

2. Построение графической зависимости твёрдости стали от температуры закалки в координатах НRС – Т C закалки (по данным таблицы).

3. Изображение всех структур исследуемых образцов cтали 45 в кружках диаметром 25 или 50 мм.

4. Ответы на индивидуальные вопросы.

Таблица 6.1