Лабораторная работа № 4 отпуск углеродистой стали
Цель работы: исследование влияния температуры отпуска на структуру и свойства конструкционной углеродистой стали.
Приборы, материалы и инструмент
Камерная печь, щипцы, набор закаленных образцов из стали 45, набор микрошлифов, микроскоп МИМ-7, твердомер ТШ для определения твердости по методу Бринелля и твердомер ТК для определения твердости по методу Роквелла.
Краткие теоретические сведения
Отпуск заключается в нагреве закаленной стали ниже температуры первого фазового превращения (Ас1), выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью (чаще всего на воздухе).
Отпуск делается для уменьшения величины внутренних напряжений, возникших в изделии при закалке, а также для получения нужного комплекса механических свойств стальных изделий. В практике термической обработки стали, наиболее часто применяют три вида отпуска: низкий (150–200 С), средний (350–500 С) и высокий (500–650 С).
Основными фазами закаленной доэвтектоидной стали являются мартенсит и остаточный аустенит. В заэвтектоидных сталях кроме этих фаз присутствуют еще карбиды.
В процессе отпуска в закаленной стали протекают диффузионные процессы, ведущие к распаду мартенсита и остаточного аустенита. В углеродистых сталях, при температурах 120–200 С, уменьшается концентрация углерода в мартенсите, возникают микроучастки структуры с неоднородным распределением углерода в -твердом растворе и образуются весьма дисперсные частицы карбидов (ε-карбид), когерентные (неразрывные) с кристаллами -твердого раствора. Такая структура называется отпущенным мартенситом (рис. 6.1, а), а этот вид отпуска низким. Его осуществляют для сохранения высокой твердости необходимой инструментальным сталям.
Одновременно с превращениями в мартенсите углеродистой стали при температурах 200–300 С происходит распад остаточного аустенита, продукты которого аналогичны структуре отпущенного мартенсита. Примерно при 350 С мартенсит исчезает, так как степень тетрагональности решетки α-Fe становится равной единице, одновременно частицы ε-карбида теряют когерентность с α-фазой и превращается в обычный карбид железа – цементит (Fе3С). Такой вид отпуска называется средним. Полученная в результате структура состоит из ферритокарбидной смеси, сохранившей игольчатое строение, и носит название троостит отпуска (рис. 7.1, б). Если нужно обеспечить соотношение высокой прочности в с высокими значениями условного предела упругости у и ударной вязкости, стали подвергают среднетемпературному отпуску при температурах 350–500 С. Его назначают для пружинно-рессорных и штамповых сталей.
а б в
Рис. 7.1 Схемы зарисовки структур, возникающие после отпуска:
а – мартенсит отпуска; б – троостит отпуска; в – сорбит отпуска
При температурах более 500 С наблюдаются изменения в строении ферритокарбидной смеси стали: происходит округление цементитных частиц (процесс сфероидизации) и укрупнение их размеров (процесс коагуляции). Отпуск при температурах 500–650 С называют высоким, а полученную зернистую феррито-карбидную смесь сорбитом отпуска (рис. 7.1, в). При этом твердость стали снижается, а возрастают показатели ударной вязкости и предела упругости. Получить хорошее сочетание достаточной прочности, вязкости и пластичности (стали для ответственных деталей машин) позволяет высокий отпуск.
Взаимосвязь между механическими свойствами отпущенной стали, ее структурой и температурой отпуска представлена на рис. 7.2.
Взаимосвязь между механическими свойствами отпущенной стали, ее структурой и температурой отпуска представлена на рис. 7.2.
Каждый вид отпуска имеет определенный температурный режим и применяется для сталей различного назначения.