Углеродистой инструментальной стали

Цель работы: изучить влияние различных условий охлаждения на структуру и твердость инструментальной углеродистой стали.

Краткие сведения из теории.

Изменяя условия охлаждения нагретой стали выше критической точки А₁ (> 727⁰ С), можно изменять ее структуру, а, следовательно, и свойства по сравнению с равновесным состоянием.

При температурах ниже А₁ переохлажденный аустенит неустойчив и распадается на феррито-цементитную смесь, получаемую в результате перераспределения углерода диффузионным путем. При быстром охлаждении до температур ниже мартенситного превращения М_н аустенит превращается в мартенсит. Распад аустенита может происходить как при непрерывном охлаждении, так и в изотермических условиях. Чем ниже температура превращения, тем дисперснее продукты распада аустенита, тем выше твердость, прочность и ниже пластичность.

Распад аустенита происходит с определенной скоростью, зависящей в основном от температуры переохлаждения. Время с момента переохлаждения до начала распада называется инкубационным периодом.

Если температура распада аустенита составляет 700-680⁰С, то образуется перлит, при 670 – 650⁰ С - сорбит, а при 550-450⁰ С - троостит. После окончания превращения скорость охлаждения не влияет на структуру стали.

В интервале температур от 400⁰ С и до начала мартенситного превращения М_н происходит промежуточное (бейнитное) превращение, в результате которого образуется игольчатая смесь феррита и карбида железа, называемая бейнитом.

Рис. 1 Схема диаграммы изотермического распада переохлажденного аустенита стали (С-образные кривые). Обозначения: П – перлит, С – сорбит, Т - троостит, Б – бейнит, М – мартенсит, А – аустенит

Если превращение аустенита происходит в интервале температур М_н-М_к, то образуется структура по бездиффузионной кинетике, называемая мартенситом.

На рис. 1 представлена диаграмма изотермического распада аустенита.

Кривые 1 и 2 представляют собой геометрические места точек, соответствующих началу и концу изотермического распада переохлажденного аустенита. Область, находящаяся слева от кривой 1 называется областью переохлажденного аустенита, область между кривыми 1 и 2, характеризует процесс распада аустенита, и область справа от кривой 2 представляет продукты распада переохлажденного аустенита.

На рис. 2 представлены графики различных видов термической обработки, которые проводятся в настоящей работе.

Рис. 2. Графики охлаждения обрабатываемых образцов: 1 - нормализация, 2 - изотермических отжиг, 3,4 - изотермическая закалка на троостит и бейнит, 5 - ступенчатая закалка, 6 - непрерывная закалка; I – конец превращения, II – начало превращения.