мальный диаметр цилиндрического образца, который прокаливается насквозь в данной охлаждающей среде.
Критический диаметр увеличивается ,и соответственно, повышается прокаливаемость стали при увеличении охлаждающей способности закалочной среды и при введении в сталь легирующих элементов. Например, углеродистая сталь имеет критический диаметр8–10 мм. Это значит, что при закалке более крупных изделий из данной стали сердцевина не будет закаленной (рис. 8.4).
8.2. Отпуск закаленных углеродистых сплавов
Нагрев закаленных сталей до температур, не превышающих А1, называют отпуском. В результате закалки чаще всего получают структуру мартенсита с некоторым количеством остаточного аустенита. Процесс нагрева и выдержки закаленной стали сопровождается превращением мартенсита и
остаточного аустенита. В результате этого превращения уменьшаются внутренние напряжения и хрупкость, повышаются вязкость и пластичность.
Фазовые превращения при отпуске закаленной стали можно показать в виде схемы (рис. 8.5).
Рис. 8.5. Схема фазовых превращений при отпуске закаленной стали
При низкотемпературном отпуске (150–300 °С) из мартенсита выде-
ляется часть избыточного углерода с образованием мельчайших карбидных частиц. Дисперсные кристаллы S -карбида когерентны с решеткой мартенсита. В мартенсите остается около0,2 % растворенного углерода. Распад остаточного аустенита происходит по механизму бейнитного превращения: образуется смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и
96
дисперсных карбидов. При температуре около 250 °С начинается превращение S -карбида в цементит; при этом когерентность решеток α-твердого раствора и карбида нарушается.
При среднем отпуске (350–400 °С) из мартенсита выделяется весь избыточный углерод с образованием цементитных частиц. При этом тетрагональность решетки железа уменьшается, она становится кубической. В результате вместо мартенсита остается . ферритТакая ферритоцементитная смесь называется трооститом отпуска, а процесс, приводящий к таким изменениям, среднетемпературным отпуском. При таком нагреве значительно уменьшаются внутренние напряжения и снижается плотность дислокаций.
При более высоких нагревах(500 °С и выше) в углеродистых сталях происходят изменения структуры, не связанные с фазовыми превращениями: изменяются форма, размер карбидов и структура феррита. С повышением температуры происходит коагуляция – укрупнение частиц цементита. Форма кристаллов постепенно становится сферической– этот процесс назвали сфероидизацией.
Коагуляция и сфероидизация карбидов происходят с заметной скоростью, начиная с температуры 400 °С. Зерна феррита становятся крупными и их форма приближается к равноосной. Феррито-карбидная смесь, которая образуется после отпуска при температуре400–600 °С, называется сорбитом отпуска. При температуре, близкой к точке А1, образуется грубая феррито-цементитная смесь – зернистый перлит.
Влияние температуры отпуска на механические свойства стали с 0,4 % углерода показано в таблице 8.1.
Таблица 8.1
Температура |
t , МПа |
|
|
отпуска, |
НRС |
d , % |
|
°С |
|
|
|
Без отпуска |
1400 |
60 |
3 |
200 |
1400 |
52 |
4 |
400 |
1080 |
35 |
11 |
600 |
700 |
12 |
22 |
При отпуске некоторых сталей возможны негативные явления– отпускная хрупкость. Это снижение ударной вязкости сталей, отпущенных при температуре 250–400 и 500–550 ºС (рис. 8.6).
Первый вид отпуска называетсянеобратимой хрупкостью (Ι рода); присущ практически всем сталям и обусловлен неоднородным выделением карбидов из мартенсита. Повторный отпуск при более высокой температуре (400–500 °С) снимает хрупкость и сталь становится к ней не склонной
97
даже при повторном нагреве при 250–400 °С. В связи с этим эта хрупкость получила название необратимой. Отпуск сталей, склонных к этому виду хрупкости при температурах 250–400 °С, не назначается. Этот род хрупкости не зависит от скорости охлаждения после отпуска.
Ударная вязкость, Дж/м2
0,016
I |
II |
Быстрое охлаждение
0,012
0,006
Медленное охлаждение
0 |
150 |
300 |
450 |
600 |
|
Температура отпуска, °С |
|||
Рис. 8.6. Влияние температуры отпуска на ударную вязкость стали:
Ι – зона необратимой отпускной хрупкости; ΙΙ – зона обратимой отпускной хрупкости
Второй вид отпускной хрупкости (ΙΙ рода) является обратимым. Проявляется он при медленном охлаждении легированной стали при температуре 500–550 °С. Данная хрупкость может быть устранена повторным отпуском с большой скоростью охлаждения. В этом случае устраняется причина этой хрупкости – выделение карбидов по границам бывших аустенитных зерен. Устранение отпускной хрупкости легированных сталей возможно введением в них малых добавок молибдена(0,2–0,3%) или вольф-
рама (0,5–0,7%).
Тесты для контроля текущих знаний.
1.Твердый раствор внедрения углерода в Feα называется:
1)цементитом;
2)ферритом;
3)аустенитом;
4)ледебуритом.
2.Твердый раствор внедрения углерода в Feg называется:
1)цементитом;
2)ферритом;
3)аустенитом;
4)ледебуритом.
3.Химическое соединение Fe3C называется:
98
1)цементитом;
2)ферритом;
3)аустенитом;
4)ледебуритом.
4. Упорядоченный перенасыщенный твердый раствор углерода вFeα называется:
1)цементитом;
2)ферритом;
3)аустенитом;
4)мартенситом.
5.Сталями называют:
1)сплавы железа с углеродом, содержащие до 0,02% С;
2)сплавы железа с углеродом, содержащие от 0,02 до 2,14% С;
3)сплавы железа с углеродом, содержащие от 2,14 до 6,67% С;
4)сплавы железа с углеродом, содержащие 0,8% С.
6.Чугунами называют:
1)сплавы железа с углеродом, содержащие до 0,02% С;
2)сплавы железа с углеродом, содержащие от 0,02 до 2,14% С;
3)сплавы железа с углеродом, содержащие от 2,14 до 6,67% С;
4)сплавы железа с углеродом, содержащие 0,8% С.
7.Эвтектоидной сталью называют:
1)сплавы железа с углеродом, содержащие до 0,02% С;
2)сплавы железа с углеродом, содержащие от 0,02 до 2,14% С;
3)сплавы железа с углеродом, содержащие от 2,14 до 6,67% С;
4)сплавы железа с углеродом, содержащие 0,8% С.
8.Завтектоидной сталью называют:
1)сплав железа с углеродом, содержащий до 0,02% С;
2)сплав железа с углеродом, содержащий от 0,02 до 0,8% С;
3)сплав железа с углеродом, содержащий от 0,8 до 2,14% углерода;
4)сплав железа с углеродом, содержащий 0,8% углерода.
9.Доэвтектоидной сталью называют:
1)сплав железа с углеродом, содержащий до 0,02% С;
2)сплав железа с углеродом, содержащий от 0,02 до 0,8% С;
3)сплав железа с углеродом, содержащий от 0,8 до 2,14% С;
4)сплав железа с углеродом, содержащий 0,8% С.
10. Доэвтектическими чугунами называют:
99
1)сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14% С;
2)сплавы железа с углеродом, содержащие от 2,14 до 4,3% С;
3)сплавы железа с углеродом, содержащие от 4,3 до 6,67% С;
4)сплавы железа с углеродом, содержащие 4,3% С.
11. Эвтектическим чугуном называют:
1)сплав железа с углеродом, содержащий до 2,14% С;
2)сплав железа с углеродом, содержащий от 2,14 до 4,3% С;
3)сплав железа с углеродом, содержащий от 4,3 до 6,67% С;
4)сплав железа с углеродом, содержащий 4,3% С.
12.Заэвтектическими чугунами называют:
1)сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14% С;
2)сплавы железа с углеродом, содержащие от 2,14 до 4,3% С;
3)сплавы железа с углеродом, содержащие от 4,3 до 6,67% С;
4)сплавы железа с углеродом, содержащие 4,3% С.
13.Какие примеси в железоуглеродистых сталях относятся к вред-
ным:
1)кремний;
2)марганец;
3)сера;
4)фосфор.
14.Какие примеси в железоуглеродистых сталях относятся к полез-
ным:
1)кремний;
2)марганец;
3)сера;
4)фосфор.
15.В каких сталях в наибольшей степени удален кислород:
1)в кипящих «кп»;
2)в спокойных «сп»;
3)в полуспокойных «пс»;
4)в низкоуглеродистых.
16.Стали, характеризующиеся низким содержанием вредных примесей и неметаллических включений, называются:
1)малопрочными и высокопластичными;
2)углеродистыми качественными;
3)углеродистыми сталями обыкновенного качества;
4)автоматными сталями.
100
17.Чугун, в котором весь углерод находится в виде химического соединения Fe3С, называется:
1)серым;
2)ковким;
3)белым;
4)высокопрочным.
18.Чугуны с пластинчатой формой графита, называются:
1)серыми;
2)ковкими;
3)белыми;
4)высокопрочными.
19. Чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму, называют-
ся:
1)серыми;
2)ковкими;
3)белыми;
4)высокопрочными.
20.Чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму называ-
ется:
1)серыми;
2)ковкими;
3)белыми;
4)высокопрочными.
21.Среднее значение предела прочности чугуна СЧ25 в МПа равно:
1)25;
2)150;
3)250;
4)2500.
22.Среднее значение предела прочности чугуна ВЧ60 в МПа равно:
1)60;
2)150;
3)600;
4)2500.
23.Среднее значение предела прочности чугуна КЧ37–12 в МПа рав-
но:
1)37;
101
2)150;
3)370;
4)12.
24.Признаками перегрева стали являются:
1)образование мелкозернистой структуры;
2)образование крупного действительного зерна;
3)получению видманштеттовой структуры;
4)появление участков оплавления по границам зерна и их окисление.
25.Признаками пережога стали являются:
1)образование мелкозернистой структуры;
2)образование крупного действительного зерна;
3)получению видманштеттовой структуры;
4)появление участков оплавления по границам зерна и их окисление.
26.Какие структуры термообработанной стали образованы диффу-
зионным превращением переохлажденного аустенита и различаются лишь степенью дисперсности?
1)Сорбит;
2)перлит;
3)троостит;
4)мартенсит.
27.При закалке углеродистых сталей со скоростьюV>Vкр. образу-
ется:
1)перлит;
2)графит;
3)мартенсит;
4)ледебурит.
28.Для повышения вязкости стали после закалки обязательной термической операцией является:
1)обжиг;
2)отпуск;
3)нормализация;
4)отжиг.
29.Какую структуру имеют доэвтектоидные стали после нормали-
зации?
1)Перлит и цементит;
2)мартенсит;
3)феррит и цементит;
102
4) феррит и перлит.
30.Структура, образующаяся при нагреве закаленной углеродистой стали до 350–400 °С, называется:
1)сорбит отпуска;
2)мартенсит отпуска;
3)троостит отпуска;
4)бейнит отпуска.
31.Структура, образующаяся при нагреве закаленной углеродистой стали до 500–600 °С, называется:
1)сорбит отпуска;
2)мартенсит отпуска;
3)троостит отпуска;
4)бейнит отпуска.
32.Термическая операция, состоящая в нагреве металла в неустойчивом состоянии, полученном предшествующими обработками, выдержке при температуре нагрева и последующем медленном охлаждении для получения структур, близких к равновесному состоянию, называется:
1)нормализацией;
2)отжигом;
3)закалкой;
4)отпуском.
33.Термическая обработка стали, заключающаяся в нагреве, выдержке и последующем охлаждении на воздухе, называется:
1)нормализацией;
2)отжигом;
3)закалкой;
4)отпуском.
34.Термическая обработка (нагрев и последующее быстрое охлаждение), после которой материал находится в неравновесном структурном состоянии, несвойственном данному материалу при нормальной температуре, называется:
1)нормализацией;
2)отжигом;
3)закалкой;
4)отпуском.
103
35.Вид термической обработки сплавов, осуществляемой после закалки и представляющей собой нагрев до температур, не превышающих А1, с последующим охлаждением, называют:
1)нормализацией;
2)отжигом;
3)закалкой;
4)отпуском.
36.Введение в состав металлических сплавов примесей в определенных концентрациях с целью изменения их внутреннего строения и свойств называется:
1)легированием;
2)азотированием;
3)цементацией;
4)нормализацией.
37.Процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали углеродом называется:
1)легированием;
2)азотированием;
3)цементацией;
4)нормализацией.
38.Процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом называется:
1)легированием;
2)азотированием;
3)цементацией;
4)нормализацией.
39.Процесс одновременного насыщения стали углеродом и азотом в газовой среде называется:
1)легированием;
2)азотированием;
3)нитроцементацией;
4)нормализацией.
40.Цементуемые изделия после закалки подвергают:
1)высокому отпуску;
2)среднем отпуску;
3)улучшению;
4)низкому отпуску.
104
41.Какая структурная составляющая не должна встречаться в структуре серых чугунов?
1)Шаровидный графит;
2)феррит;
3)ледебурит;
4)перлит.
42.Какая из предложенных форм графита характерна для высокопрочного чугуна?
1)Вермикулярная;
2)пластинчатая;
3)шаровидная;
4)хлопьевидная.
43.СЧ15 – одна из марок серого чугуна с пластинчатым графитом. Цифра 15 означает:
1)содержание углерода в процентах;
2)относительное удлинение;
3)предел прочности при растяжении;
4)твёрдость по Бринеллю;
44.Какой чугун получают отжигом белых доэвтектических чугунов?
1)Высокопрочный;
2)ковкий;
3)половинчатый;
4)вермикулярный.
45.К отжигу I рода относятся:
1)полный;
2)рекристаллизационный;
3)диффузионный;
4)неполный;
5)изотермический.
46.К отжигу II рода относятся:
1)полный;
2)рекристаллизационный;
3)диффузионный;
4)неполный;
5)изотермический.
105