23. Четвёртое основное превращение - превращение мартенсита при отпуске.

Отпуск – термическая обработка заключается в нагреве закалённой стали ниже точки Ас1, выдержке при задонной температуре с последующим охлаждением в воде или на воздухе.

1). Превращение мартенсита в отпущенный мартенсит – гетерогенная смесь «альфа»-твердого раствора железа и необособившихся частиц карбида Fe2C.

2). Происходит превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит (в результате диффузии углерода).

3). Нестабильный карбид превратился в стабильный (снятие внутренних напряжений и получение требуемых мех. свойств).

4). Происходит рост и укрупнение зерен феррита и цементита (коагуляция).

- тростит 350-550С

М – сорбит 550-650С

- перлит 650-700С

ещё цементит может быть в виде пластин.

При отпуске происходит несколько процессов. Основной — распад мартенсита, состоящий в выделении углерода в виде карбидов. Кроме того, распадается остаточный аустенит, совершаются карбидное превра­щение и коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристалли­ческого строения -твердого раствора и остаточные напряжения.

24. Виды термообработки. Отжиг сталей. Существует несколько разновидностей отжига, из них для кон­струкционных сталей наибольшее при­менение находит перекристаллиза­ционный отжиг, а для инструмен­тальных сталей - сфероидизирующий отжиг. Характерный структурный дефект стальных отливок - крупнозернистость. При ускоренном охлаждении крупно­зернистого аустенита создаются усло­вия для образования видманштеттовой структуры. При ее образовании выполняется принцип размерного и струк­турного соответствия, в результате чего кристаллы доэвтектоидного феррита ориентированно прорастают относи­тельно кристаллической решетки аустенита и имеют форму пластин.

Нормализация сталей. Нормализации, так же как и перекристаллизационному отжигу, чаще всего подвергают кон­струкционные стали после горячей обработки давлением и фасонного литья. Нормализация отличается от от­жига в основном условиями охлажде­ния; после нагрева до температуры на 50-70 °С выше температуры Ас3 сталь охлаждают на спокойном воздухе. Нормализация - более экономичная термическая операция, чем отжиг, так как меньше времени затрачивается на охлаждение стали. Кроме того, норма­лизация, обеспечивая полную перекри­сталлизацию структуры, приводит к по­лучению более высокой прочности ста­ли, так как при ускорении охлаждения распад аустенита происходит при более низких температурах. После нормализации углеродистых и низколегированных сталей, так же как и после отжига, образуется ферритно-перлитная структура, однако имеются и существенные структурные отличия. При ускоренном охлаждении, характерном для нормализации, доэвтектоидный феррит при прохождении температурно­го интервала Аr3 – Аr1 выделяется на границах зерен аустенита; поэтому кри­сталлы феррита образуют сплошные или разорванные оболочки вокруг зерен аустенита — ферритную сетку.

Закалка сталей. В большинстве слу­чаев при закалке желательно получить структуру наивысшей твердости, т. е. мартенсит, при последующем отпуске которого можно понизить твердость и повысить пластичность стали. При равной твердости структуры, полу­ченные

В зависимости от температуры нагре­ва закалку называют полной и непол­ной. При полной закалке сталь перево­дят в однофазное аустенитное состоя­ние, т. е. нагревают выше критических температур. Доэвтектоидные стали, как правило, подвергают полной закалке, при этом оптимальной температурой нагрева является температура Ас3 + (30— 50 С). Такая температура обеспечивает получе­ние при нагреве мелкозернистого аусте­нита и, соответственно, после охлаж­дения - мелкокристаллического мартен­сита. Недогрев до температуры Ас3, приводит к сохранению в структуре кристаллов доэвтектоидного феррита, что при некотором уменьшении прочно­сти обеспечивает повышенную пластич­ность закаленной стали. ^/Заэвтектоидные стали подвергают не­полной закалке. Оптимальная темпера­тура нагрева углеродистых и низколеги­рованных сталей- температура Ас1 + (30-50°С). После закалки заэвтсктоидная сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и цементита

Отпуск закаленных сталей. Нагрев за­каленных сталей до температур, не пре­вышающих А1, называют отпуском. В результате закалки чаще всего по­лучают структуру мартенсита с неко­торым количеством остаточного аусте­нита, иногда-структуру сорбита, тростита или бейнита. Рассмотрим измене­ния структуры мартенситно-аустенитной стали при отпуске.

При отпуске происходит несколько процессов. Основной — распад мартенсита, состоящий в выделении углерода в виде карбидов. Кроме того, распадается остаточный аустенит, совершаются карбидное превра­щение и коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристалли­ческого строения -твердого раствора и остаточные напряжения.

Фазовые превращения при отпуске принято разделять на три пре­вращения в зависимости от изменения удельного объема стали. Распад мартенсита и карбидное превращение вызывают уменьшение объема, а распад аустенита — его увеличение.

25.Отжиг и его виды. Главная задача – подготовка стали к равновесному состоянию, избавиться от последствий пластической деформации. Виды

1. Полный отжиг (нагрев t > АС3 с охлаждением в печи) предусматривает фазовую перекристаллизацию для ферритно-перлитной составляющей (более мелкое зерно)

2. Неполный отжиг(t > АС1) – для фазовой перекристаллизации перлитной составляющей, для получения мелкого зерна перлита.

3. Низкий отжиг (t < АС1) – применяется для снятия внутренних напряжений после пластической деформации (прокатки, волочения).

4. Диффузионный отжиг или гомогенизация – температура 1000-1100С для выравнивания содержания углерода в стали (уменьшение ликвации) – после применяют полный отжиг ( для измельчения зерна Ф и П составляющей так как при высоких температурах зерно аустенита увеличивается).

1 – полный

2 – неполный

3 – низкий

4 – диффузионный

26.Нормализация сталей. Нормализации, так же как и перекристаллизационному отжигу, чаще всего подвергают кон­струкционные стали после горячей обработки давлением и фасонного литья. Нормализация отличается от от­жига в основном условиями охлажде­ния; после нагрева до температуры на 50-70 °С выше температуры Ас3 сталь охлаждают на спокойном воздухе.

Нормализация - более экономичная термическая операция, чем отжиг, так как меньше времени затрачивается на охлаждение стали. Кроме того, норма­лизация, обеспечивая полную перекри­сталлизацию структуры, приводит к по­лучению более высокой прочности ста­ли, так как при ускорении охлаждения распад аустенита происходит при более низких температурах.

После нормализации углеродистых и низколегированных сталей, так же как и после отжига, образуется ферритно-перлитная структура, однако имеются и существенные структурные отличия. При ускоренном охлаждении, характерном для нормализации, конечные структыры:

доэвтектоидная сталь – сорбит+феррит

заэвтектоидная – сорбит+цементит

27.Закалка стали и условия полной закалки.

Закалкалка предполагает нагрев заэвтектической стали выше Ас1 на 30-50С, доэвтектической выше Ас3 выдержку при этих температурах и дальнейшее быстрое охлаждение в воде, масле, растворе солей или щелочей.

Закалка сталей. В большинстве слу­чаев при закалке желательно получить структуру наивысшей твердости, т. е. мартенсит, при последующем отпуске которого можно понизить твердость и повысить пластичность стали. При равной твердости структуры, полу­ченные

В зависимости от температуры нагре­ва закалку называют полной и непол­ной. При полной закалке сталь перево­дят в однофазное аустенитное состоя­ние, т. е. нагревают выше критических температур.

Доэвтектоидные стали, как правило, подвергают полной закалке, при этом оптимальной температурой нагрева является температура Ас3 + (30— 50 С). Такая температура обеспечивает получе­ние при нагреве мелкозернистого аусте­нита и, соответственно, после охлаж­дения - мелкокристаллического мартен­сита. Недогрев до температуры Ас3, приводит к сохранению в структуре кристаллов доэвтектоидного феррита, что при некотором уменьшении прочно­сти обеспечивает повышенную пластич­ность закаленной стали. Заэвтектоидные стали подвергают не­полной закалке. Оптимальная темпера­тура нагрева углеродистых и низколеги­рованных сталей- температура Ас1 + (30-50°С).

После закалки заэвтсктоидная сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и цементита вторичного или аустенит + цементит вторичный, соответственно увеличение твёрдости и износостойкости. При температуре выше Ас3 получается Ау или М + Ау

Закалки бывают в одном охладителе(для неответственных деталей из углеродистых и легированных сталей), прерывистая – сначало охлаждают быстро в воде, затем медленно на воздухе

ступеньчатая – быстро в воде, выдержка в жидкости, далее воздух.

изотермическая – изделие выдерживают в ванне, затем охлаждают.

28.Отпуск углеродистых сталей. Отпуск – это термообработка закаленной стали (мартенситные), заключающаяся в нагреве ниже АС1 с последующем охлаждением в воде или на воздухе. Низкий отпуск (150-200°) (Мзак-Мотп) несколько улучшает вязкость стали без заметного снижения твердости. Образовавшаяся структура называется отпущенным мартенситом (меньшая концентрация углерода). Частичное снижение внутренних остаточных напряжений, повышение ударной вязкости, что уменьшает склонность стали к хрупкому разрушению. Подвергают режущий и измерительный инструмент. При 250-350 ° происходит АУост – Мотп., что ведет к значительному снижению ударной вязкости – хрупкости.

Средний отпуск – (350-480-550°) . В результате этого отпуска структура закаленной стали будет представлять мелкодисперсную смесь феррита и цементита - троостита отпуска. Снятие внутренних напряжений, высокие пределы упругости и выносливости. Для деталей, работающих в режиме изменяющихся нагрузок: рессоры, пружины, штампы. Высокий отпуск (550-650°). В результате образуется смесь сорбита отпуска. Еще большее снижение твердости, существенное повышение предела прочности при растяжении, почти полное устранение всех внутренних напряжений. Подвергается большое количество наиболее нагруженных деталей машин, испытывающих знакопеременные и ударные нагрузки – валы, оси, зубчатые колеса, шатуны. Закалка + высокий отпуск = улучшении. (среднеуглеродистые стали).

2 9.Прокаливаемость сталей методы определения. Закаливаемость – способность стали к повышению твердости в результате закалки. Под прокаливаемостью - понимают глубину проникновения закаленной зоны, определяется критической скоростью охлаждения, зависящей от состава стали. Если действительная скорость охлаждения в сердцевине изделия превышать V3 , то изделие прокаливается насквозь. Если действительная скорость охлаждения в сердцевине изделия будет меньше критической скорости закалки V2, то изделие прокалится на некоторую глубину. Чем меньше кр. скорость закалки, тем больше глубина прокалки, поэтому все факторы, которые уменьшают V закалки и повышают устойчивость аустенита способствуют увеличению прокаливаемости. Величина V закалки неодинакова для различных сталей и зависит от устойчивости Ау. Чем > устойчивость переохлажденного Ау, тем правее сдвигаются «С»-образные кривые. На кр. скорость закалки влияет состав стали, т.е. количество углерода. Прокаливаемость в небольших сечениях (15-20 мм) можно определить по виду излома закаленных образцов. Часто прокаливаемость определяют по кривым распределения твердости. Для этого о бразец ломают или разрезают и по диаметру сечения определяют твердость.

30. Определение критических точек методом пробных закалок. Из стали 40 изготавливаются образцы диаметром 15-20 мм и высотой 15-20 мм. Затем образец нагревают ниже предлагаемой температуры Ас1 и измеряют его твердость. Таким же образом нагревают все последующие образцы до все более высокой температуры. Если температура нагрева стали 40 будет ниже Ас1, то твердость не повысится, т.к. не произойдет структурных изменений и структура будет Ф+П. При нагреве стали выше Ас1 получается структура Ф+Ау. В результате быстрого охлаждения сталь получает структуру Ф+М. Образование мартенсита повышает твердость. Повышение твердости будет продолжаться до тех пор, пока сталь не нагреют выше Ас3.

После измерения твердости всех образцов на твердомере Роквелла строят график зависимости твердости HRС от температуры нагрева под закалку (см. рис.6.2). По вертикали откладывают твердость закаленных образцов, а по горизонтали — температуры нагрева под закалку. Полученная зависимость позволяет определить критические точки АС} и Ас3. Точке Ac1 соответствует температура, от которой начинает повышаться твердость закаленных образцов, а точке Асз — температура, при которой достигается максимальная твердость после закалки.