Углеродистых сталей.

Задачи работы:

Изучить особенности составляющих микроструктур углеродистых сталей,полученных при различных режимах термической обработки.,установить зависимость между микроструктурой термически обработанной стали и ее механическими свойствами.

Теоретические сведения:

Доэвтектоидная углеродистая сталь,нагретая выше Ас3 на 30-50ºС и закаленная в воде со скоростью больше критической,дает перенасыщенный твердый раствор углерода в α-железе- мартенсит.Мартенсит имеет игольчатое строение с расположением иголок под углом 60 или 120º друг к другу.Такое строение получается в результате сдвигов или смещений некоторых объемов металла по определенным плоскостям с одновременным превращением кристаллической решетки железа из гранецентрированной в объемноцентрированную.Сдвиги атомов металла при резком охлаждении вызываются большими напряжениями в структуре,возникающими при резком перепаде температур при закалке.

Правильно нагретая перед закалкой сталь имеет после закалки структуру мелкоигольчатого мартенсита.Перегретая закаленная сталь дает более крупные иглы мартенсита с несколько пониженной твердостью и повышенной хрупкостью.При неполной закалке доэвтектоидных сталей (температура нагрева выше Ас1,но ниже Ас3 получается структура,состоящая из мартенсита и феррита,последний на шлифе выглядит в виде светлых пятен на игольчатом фоне мартенсита.Такая неоднородная структура снижает твердость стали и поэтому неполная закалка не применяется.Перегрев и неполную закалку доэвтектоидной стали можно исправить повторной закалкой с температурой нагрева немного выше Ас3.Если посмотреть шлиф крупной детали,закаленной в воде,то на ее поверхности можно увидеть мартенсит.В глубь от поверхности к сердцевине,где скорость охлаждения при закалке вследствие ограниченной теплопроводности стали или ее недостаточной прокаливаемости была меньше критической,на фоне мартенситных игл будет видна структура троостита,состоящая из мелкодисперсной смеси феррита с цементитом.Троостит на шлифе выглядит темными включениями между иглами мартенсита.Подобная структура получается у углеродистых сталей при закалке в масле,которое медленнее охлаждает детали,чем вода.После неполной закалки заэвтектоидной стали структура состоит из мартенсита,остаточного аустенита и вторичного цементита.Вторичный цементит в этой структуре способствует повышению твердости,но делает сталь более хрупкой.Сталь после закалки имеет высокую напряженность и хрупкость.Чтобы снизить напряженность и хрупкость после закалки,стальные детали подвергают низкому,среднему или всокому отпуску.При низком отпуске среднеуглеродистых сталей получается отпущенный кубический мартенсит.В высокоуглеродистой стали после низкого отпуска,кроме отпущенного мартенсита,имеются также включения остаточного аустенита.Светлые иглы мартенсита закалки в отпущенном мартенсите становятся темными,так как он сильнее протравливается.Остаточный аустенит обнаруживается на шлифе в виде светлых полей между темными иглами мартенсита.

При среднем отпуске (температура нагрева 350-500ºС) образуется мелкодисперсная смесь феррита с цементитом,называемая трооститом отпуска.Частицы этой смеси настолько мелки,что почти неразличимы под оптическим микроскопом.Они еще сохраняют ориентацию по мартенситу.Троостит отпуска травится сильнее мартенсита и под микроскопом выглядит более темным.

При высоком отпуске (температура нагрева 500-650ºС) смесь феррита с цементитом становится крупнее,чем у троостита.При таком отпуске происходит частичная сфероидизация карбидных пластинок и получается структура сорбита отпуска,который на микрошлифе более светлый,чем троостит,так как он менее напряжен и поэтому слабее протравливается.Сорбит отпуска,как и троостит отпуска,нередко сохраняет мартенситную ориентировку.Следует отметить,что в отличие от сорбита и троостита закалки,имеющих пластинчатое строение,троостит и сорбит отпуска имеют зернистое строение.

Если проводить неполный отжиг (нагрев немного выше Ас1.,или если проводить несколько последовательных нагревов и охлаждений выше и ниже линии Ас1),то процесс сфероидизации цементита пойдет более интенсивно и получится структура зернистого перлита.На фоне феррита будут хорошо видны зерна сфероидизированного цементита.Такая структура особенно важна для инструментальных сталей,так как она обеспечивает хорошую обрабатываемость режущим инструментом и малую склонность к перегреву при закалке.

Порядок выполнения работы:

1.Изучить на металломикроскопе и зарисовать микроструктуры: стали 40,подвергнутой полной и неполной закалке в воде.,стали У12,закаленной в воде.,стали 40,подвергнутой полной закалке и низкому,среднему и высокому отпуску.,стали У8,отожженной на зернистый перлит.

2.Дать описание микроструктур.

Содержание отчета:

В отчет необходимо включить схемы микроструктур термически обработанных сталей.,их структурные составляющие,примерную предшествующую термическую обработку,механические свойства.В выводах указать,в чем состоит различие в структуре и свойствах мартенсита,троостита,сорбита,полученных при закалке и отпуске.

Контрольные вопросы:

1.Что представляет из себя мартенсит?

2.Какая структура получается при низком отпуске?

3.Какая структура получается при среднем отпуске?

4.Какая структура получается при высоком отпуске?