Влияние температуры отпуска на твёрдость закалённой стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»

Нижнетагильский технологический институт (филиал)

Департамент базового образования

Кафедра металлургической технологии

Влияние температуры отпуска на твёрдость закалённой стали

Отчёт по лабораторной работе

Руководитель: Г.Е.Трекин

доц. каф. СПУТ, канд. тех. Наук

Группа: ТВ 320604-ОМД

Студент: Вдовин А. В.

Броцман А. С.

Логиновский В. И.

2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Проведение эксперимента

2. Изготовление шлифов

3. Измерение твердости

4. Металлографическое исследование

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Закрепить материал лекционного курса путём проведения закалки и отпуска стали У8.

1. Проведение эксперимента

Приборы и материалы: Цилиндрические образцы из стали (марки У8) - 5 шт., печь ПКЛ.1.0-2м, клещи, ведро оцинкованное (с водой) - 2 шт., измерительный инструмент (линейка).

Ход работы:

Проведение закалки

1.1. Для проведения закалки стали У8 нам необходимо определить закалочную температуру, для данной стали. Т.е. критическую температуру, при которой начнёт осуществляться превращение изначальной структуры, в аустенит.

1.2. Т.к. сталь У8 эвтектоид закалка будет проходить при температуре между критическими точками А_с1 и А_с3 (рис. 1). Пользуясь марочником сталей или диаграммой (рис. 1) определим температуру критической точки для стали У8. Соответствующая точка А₁ =727 ⁰С.

1.3. Чтобы изначальная структура стали превратилась в аустенит, необходимо перегреть сталь. Следуя диаграмме (рис.1) или марочнику примем температуру перегрева 60-70⁰С. Тогда температура нагрева будет составлять 780-800⁰С.



Рис. 1. Интервал закалочных температур стали У8

1.4. Общее время нагрева складывается из времени нагрева до заданной температуры (ф_н) и времени выдержки при данной температуре (ф_в), следовательно:

ф_общ = ф_н + ф_в

Из вышесказанного следует необходимо найти ф_н и ф_н.

1.5. Находим время нагрева до заданной температуры (ф_н)

ф_н = 0.1*Dmin*К₁*К₂*К₃ ,

где Dmin - размерная характеристика образца.

К₁- коэффициент среды.

К₂- коэффициент формы

К₃- коэффициент всесторонности нагрева .

Определение размерной характеристики данного образца.

По условию лабораторной работы мы имеем образец цилиндрической формы (рис. 2)

Рис 2. Используемый образец

Размерная характеристика Dmin - это минимальный размер максимального сечения. Т.к. нагрев производится с четырёх сторон, а 22>15 (рис 2). Следовательно, рассекая образец обнаружим, что D составляет Ѕ высоты образца. Из вышесказанного следует Dmin = 15/2 = 7,5 мм.

Определение коэффициента среды.

Т.к. среда нагрева образца газовая К₁ =2

Определение коэффициента формы.

Т.к. образец цилиндрической формы К₂=2

Определение коэффициента равномерности нагрева.

Т.к. нагрев всесторонний К₃= 1

Подставив значения в формулу получаем:

ф_н = 0,1*7,5*2*2*1= 3 мин.

1.6. Находим время выдержки образца при данной температуре (ф_в)

Т.к. используемая сталь углеродистая ф_в=1.

Подставив значения в формулу получаем:

ф_общ = 3+1= 4 мин.

1.7. С помощью клещей помещаем образцы в печь с установленной температурой 800⁰С.

1.8. Нагрев заготовок в печи производится в течении - 4 минут.

1.9. После нагрева и выдержки для получения из аустенита структуры мартенсита - требуется интенсивное охлаждение. Необходимую скорость охлаждения определяем на основе диаграммы распада аустенита при его охлаждении. (рис. 3.)

Рис. 3. Изотермическая диаграмма распада переохлаждённого аустенита для стали У8. А-аустенит; М-мартенсит; Ф-феррит; К-карбид; М_Н-линия начала образования мартенсита. (4)

Следуя диаграмме (рис. 3.) и справочным данным необходимым и достаточным для данного превращения будет являться охлаждение в воде комнатной температуры.

1.10. Извлекаем четыре образца клещами и погружаем их в ведро, с водой комнатной температуры. Далее вращающими движениями производим охлаждение образцов в воде, меняя воду для каждого образца. В процессе наблюдаем образование и разрыв паровой рубашки.

Проведение отжига.

1.11. После нагрева под закалку один образец оставим охлаждаться вместе с печью. Т.е. Подвергнем его отжигу.

Проведение отпуска

1.12. Для проведения отпуска нагреваем образцы закалённой стали до определённой температуры, ниже критической точки А₁ (рис. 1).

1.13. Время выдержки при отпуске будет составлять - 1 час 30 минут.

1.14. С помощью клещей поместим образцы в уже нагретые печи.

Первый образец в печь с температурой 200⁰С.

Второй образец в печь с температурой 400⁰С.

Третий образец в печь с температурой 600⁰С.

1.15. После нагрева и выдержки проводим процесс охлаждения образцов. С помощью клещей извлекаем образцы и замачиваем их в ведре с водой.

2. Изготовление шлифов

Приборы и материалы: 3 образца стали (марки У8) прошедшие закалку и отпуск, 1 образец стали (марки У8) прошедший отжиг, 1 образец стали (марки У8) прошедший только закалку, алмазная паста, молоток, литера (клейма цифровые), наждачная бумага, стекло, войлочный диск(суконное волокно), полировальный станок, заточной станок ТШ-1.

Изготовил и оформил: Вдовин А. В.

Ход работы:

2.1. Торцевые поверхности образцов обрабатываем на заточном станке с двух сторон. С одной стороны для снятия оксидного слоя, с другой для нанесения цифрового клейма.

2.2. Клеймение образцов:

Устанавливаем образцы на верстак с помощью молотка и литеров наносим порядковые номера на образцы:

На образец прошедший закалку наносим клеймо №14.

На образец прошедший отжиг при t^0-750 ⁰C наносим клеймо №13

На образец прошедший закалку и отпуск при t^0-200 ⁰C наносим клеймо №11

На образец прошедший закалку и отпуск при t^0-400 ⁰C наносим клеймо №10

На образец прошедший закалку и отпуск при t^0-600 ⁰C наносим клеймо №17

2.3. Подготавливаем образцы к ручному шлифованию на наждачной бумаге.

Для получения ровной плоской, поверхности положим наждачную бумагу на толстое стекло.

Производим шлифование образца возвратными прямолинейными движениями обрабатываемой поверхности по абразивному полотну.

При переходе с наждачной бумаги одной размерности на другую, каждый раз очищаем образец и стекло от абразива. А также поворачиваем образец на 90⁰ к направлению перемещения его на предыдущей бумаге. Переход к следующей по размерности абразива наждачной бумаге осуществляем после полного удаления рисок (царапин) на образце, при шлифовании на текущей наждачной бумаге.

2.4. Первичную обработку совершаем на наждачной бумаге с абразивным зерном размерностью 200 мкм.

Вторичную обработку совершаем на наждачной бумаге с абразивным зерном размерностью 40 мкм

Третичную обработку совершаем на наждачной бумаге с абразивным зерном размерностью 5 мкм.

2.5. Далее производим полировку на полировальном станке с вращающимся металлическим диском обтянутым тонким сукном.

2.6. Наносим небольшое количество алмазной пасты на суконный диск, после чего втираем пасту в суконное волокно.

2.7. Включаем полировальный станок, не прилагая больших усилий, прижимаем образец обрабатываемой стороной к полировальному диску.

Плавными круговыми движениями вращаем образец вокруг своей оси.

Полируем в течении 5-7 минут, после чего удаляем с образца остатки алмазной пасты и осматриваем образец. Если достигнута зеркальность поверхности, приступаем к полировке следующего образца. В противном случае повторяем процедуры 2.6. - 2.7.

2.8. Таким образом, полируем все 5 образцов.

3. Измерение твёрдости

Приборы и материалы: ТК-2 - твердомер оснащённый алмазными конусами, 5 образцов прошедших разные виды термической обработки.

Изготовил и оформил: Вдовин А. В.

Ход работы:

3.1. Т.к. твердость - это сопротивление материала проникновению в его поверхность индентора, не деформирующегося при испытании.

Чтобы её измерить будем производить вдавливание индентора в поверхность образца.

3.2. Укладываем образец на столик твердомера обработанной стороной (без клейма).

3.3. Конус индентера устанавливаем на поверхность рядом с клеймом.

3.4. На приборе выставляем обе стрелки вертикально, точно на ноль, с помощью подкручивания винта.

3.5. Нажимаем клавишу для измерения, прибор производит вдавливание индентора в образец.

3.6. По шкале прибора замеряем твёрдость в равноудалённых четырёх точках.

3.7. Повторяем процедуры 3.2. -3.6. для каждого образца.

3.8. Высчитываем среднюю твёрдость для каждого образца, для удобства данные заносим в таблицу.

Клеймо образца	0 HRC	1 точка HRC	2 точка HRC	3 точка HRC	Среднее 4/3 точк. HRC	Округление
10	47,5	44,5	46,5	46	46,1	46
11	51	57	58	57	57,3	57
17	25,5	25	28	25	26	26
14	68	69,5	70	69,5	69,7	70
13	8,5	11,5	12	9	10,83	11

3.9. Следуя таблице, строим график зависимости твёрдости от температуры термообработки.



Рис. 4. График зависимости твёрдости от температуры термообработки. При 0°С термообработка соответственно не проводилась.

3.10. На основе данных полученным в результате измерений, установим, что после закалки сталь имеет высокую твёрдость 70 HRC.Что, следуя данным из учебника, говорит о возникновении в образцах мартенситной структуры, имеющую высокую твёрдость.

3.11. Следуя графику (рис. 4) установим, что твёрдость образцов будет падать с увеличением температуры отпуска. Это свидетельствует о частичном или полном (в зависимости от температуры отпуска) распаде мартенситной структуры на феррито-цементитную смесь, твёрдость которой зависит от количества и размера цементитных включений.

температура аустенит отжиг металлографический

4. Металлографическое исследование

Приборы и материалы: 5 образцов прошедшие различные виды термической обработки, травитель - 6% раствор азотной кислоты в спирте, спирт, ватные тампоны, стеклянная палочка, электронный микроскоп Zeiss Observer D1m, программа Thixomed PRO.

Ход работы:

4.1. Для металлографического исследования под микроскопом сначала проведём процесс обезжиривания и травления. Т.е. растворения и удаления жировых остатков алмазной пасты с поверхности подготовленных шлифов.

4.2. Наносим спирт на поверхность шлифа каждой заготовки, затем вытираем тампоном насухо.

4.3. Наносим травитель на поверхность шлифа заготовки, затем вытираем тампоном смоченным спиртом. После чего вытираем тампоном насухо. Травление проведено.

4.4. Ставим образец на столик микроскопа.

4.5. Получаем изображение микроструктуры.

4.6. Наводим необходимую резкость и контраст.

4.7. Производим съёмку.

4.8. Процедуры 4.2. - 4.7. повторим для каждого образца.

4.9. Подписываем структуры каждого образца.

Рис. 5. Микроструктура стали У8 после закалки.

На (рис. 5) видны тёмно-серые крупноигольчатые реечные (в частности правее и ниже середины снимка) скопления пакетного типа и фоновая светло-серая структура. В некоторых местах (верхний левый угол, нижний левый угол) микроструктуры присутствуют почти чёрные мелкоигольчатые пластинчатые образования. Используя информацию и снимки из учебника (2), а также атласа макро и микроструктур металлов и сплавов (1) предположим, что реечные скопления являются дислокациями реечного мартенсита, а фоновая светлая структура остаточным аустенитом. Также предположим, что тёмные мелкоигольчатые образования это сорбит или троостит закалки, или мелкоигольчатый мартенсит. Существует возможность того, что данная игольчатая структура не является мартенситной, а есть нижний игольчатый бейнит. Но т.к. данная структура большее сходство имеет с мартенситной (следуя снимкам из атласа макро и микроструктур металлов и сплавов), будем считать её мартенситной.

Рис. 6. Микроструктура стали У8 после закалки и последующего отпуска при t - 200⁰C.

На (рис. 6) наблюдаются фоновая чёрно-серая структура, а также точечные белые частицы, расположенные повсеместно. Также наблюдаются чёрные, едва различимые тонкопластинчатые образования (правая сторона рисунка). Следуя данным из атласа макро и микроструктур металлов и сплавов (1), а также из учебника (2) предположим, что чёрно-серая структура представляет собой гетерогенную смесь пересыщенного б - твёрдого раствора и карбидной фазы. Где точечные белые частицы являются карбидными включениями, тогда как чёрные тонкопластинчатые скопления и области отпущенным мартенситом.

Рис. 7. Микроструктура стали У8 после закалки и последующего отпуска при t - 400⁰C.

На (рис. 7) наблюдаются мелкие точечные вкрапления и частицы белого цвета, расположенные повсеместно. Также видны чёрные и серые фоновые области. Следуя данным из атласа макро и микроструктур металлов и сплавов (1), а также данным из учебника (2) предположим, что мелкие точечные вкрапления и частицы белого цвета являются мелкодисперсной структурой цементита. Серые или чёрные фоновые области являются ферритной и мартенситной составляющей. На основании чего предположим, что структура представляет собой троостит отпуска. Твёрдость данного образца находится в приемлемых пределах для предполагаемой структуры (46 HRC).

Ввиду того, что изготовление рисунка данной структуры было проведено не качественно (вероятно в результате некорректно проведённой операции травления), пояснения многих его элементов основываются на сугубых предположениях, а также имеют некоторые неточности.

Рис. 8. Микроструктура стали У8 после закалки и последующего отпуска при t - 600⁰C.

На (рис. 8) наблюдаются фоновая чёрно-серая структура с белыми зернистыми включениями, расположенными повсеместно. Данная структура предположительно состоит из феррита, а белые, мелкодисперсные, зернистые включения, вероятно коагулированные зёрна цементита. Учитывая вышесказанное целесообразно утверждать, что изображённая на рисунке структура, по всей видимости, сорбит отпуска.

Подтверждением тому являются снимки из атласа макро и микроструктур металлов и сплавов (1) (характерные для сорбита отпуска), а также низкая твёрдость данного образца (26 HRC), что также характерно для сорбита отпуска.

Рис. 9. Микроструктура стали У8 после отжига при t - 750⁰C.

На (рис. 9) наблюдаются светло-серая фоновая структура и тёмно-серые пластинчатые образования. Следуя информации из учебника (2) и атласа макро и микроструктур металлов и сплавов (1) предположим, данная структура является феррито-перлитной. Тогда тёмно-серые пластинчатые образования это колонии перлита, а фоновая светло-серая структура феррит. Данный образец также имеет низкую твёрдость (11 HRC), что характерно для такой структуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В течении лабораторной работы мы провели различные виды термообработки стали У8, такие как: закалка, отпуск и отжиг. Описали и объяснили образовавшиеся в стали структуры.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Н. Ф. Болховитинов, Е. Н. Болховитинова. Атлас макро- и микроструктур металлов и сплавов. Учебное пособие для вузов. 2-е изд. , перераб и доп. М. : МАШГИЗ, 1959. 86 с.

2. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд. , перераб. и доп. М. : Металлургия, 1986. 544 с.

3. В.Г. Сорокина, В.А. Гервасьева. Марочник сталей и сплавов. Справочник. М. : Интермент инжиниринг, 2001. 608 с.

4. А. А. Попов, Л.Е. Попова. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлаждённого аустенита. Справочник термиста. М. : МАШГИЗ, 1961. 430 с.

Размещено на Allbest.ru

...