Закалка и отпуск сталей
Рекомендуемый интервал нагрева инструментальных сталей У12, Х, Р6М5 под закалку на мартенсит. Выбор охлаждающей среды. Диаграммы распада переохлажденного аустенита. Отпуск закаленной стали и его виды. Результаты измерений твердости после термообработки.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | лабораторная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 18.12.2017 |
Размер файла | 190,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Отчет
по лабораторной работе
Закалка и отпуск сталей
Студент Лавинецкий А.М.
г. Невьянск 2016
Цель работы: изучить изменение твердости при отпуске закаленных инструментальных сталей.
Материал: три марки инструментальных сталей
Таблица 1. Химический состав сталей
Марка стали |
Содержание элементов, % |
|||||
C |
Cr |
W |
V |
Mo |
||
У12 |
1,12 - 1,24 |
- |
- |
- |
- |
|
Х |
0,95 - 1,0 |
1,3 - 1,65 |
- |
- |
- |
|
Р6М5 |
0,8 - 0,88 |
3,8 - 4,4 |
5,5 - 6,5 |
1,7 - 2,1 |
5,0 - 5,5 |
1. Выбор температуры нагрева под закалку
Рис. 1 Рекомендуемый интервал нагрева под закалку
Закалка стали заключается в нагреве сталей до температур выше критических, выдержки при этих температурах и последующем охлаждении со скоростью не меньше критической скорости закалки с целью достижения максимальной прочности и твердости посредством образования структуры мартенсита. Таким образом, в основе закалки стали лежит полиморфное превращение высокотемпературной фазы аустенита в процессе быстрого охлаждения. Основной фазой закаленной стали является мартенсит. Мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в б-железе с тетрагональной кристаллической решеткой. Высокая прочность и твердость мартенсита обусловлена повышенной плотностью дефектов кристаллической решетки - двойниковых прослоек и дислокаций (до 1010-1012 см-2), фазовым наклепом, возникающим при мартенситном превращении из-за разности удельных объемов аустенита и мартенсита, и затруднением скольжения дислокаций в пересыщенном твердом растворе вследствие взаимодействия внедренных атомов углерода с дислокациями. Основные параметры закалки - температура нагрева, время выдержки и скорость охлаждения.
Все наши инструментальные стали имеют содержание углерода приблизительно равным 1% , поэтому их можно считать заэвтектоидными, нагрев таких сталей должен обеспечить получение двухфазного состояния - аустенит и карбиды. Это достигается путем нагрева стали выше точки А1 (линия PSK) для образования аустенита, но ниже точки Асm (линия ES) для сохранения не растворившихся карбидов. В процессе последующего охлаждения со скоростью выше критической скорости аустенит превратится в мартенсит, а сохранившиеся твердые зернистые карбиды вносят вклад в увеличение износостойкости инструмента.
Такие стали в закаленном состоянии имеют структуру мелкокристаллического мартенсита, зернистых карбидов и небольшого (5-10%) количества остаточного аустенита, который не обнаруживается металлографически. Если заэвтектоидную сталь нагреть выше точки Асm, в однофазную область аустенита, то все карбиды растворятся в аустените, концентрация углерода в аустените повысится до общего его содержания в стали с соответствующим снижением мартенситной точки. После быстрого охлаждения закаленной стали, нагретой выше точки Асm, твердость и износостойкость инструмента снизятся вследствие повышенного количества остаточного аустенита и отсутствия твердых карбидов. Перед закалкой структура заэвтектоидной стали чаще всего имеет структуру зернистого цементита. Таким образом, температуру нагрева для закалки углеродистых заэвтектоидных (инструментальных) сталей, можно выбрать с помощью диаграммы железо-углерод по формуле
tзакалки = А1 + (30-50)
Обычно стали марок У8-У12 закаливают от температур 760-810°С. Температура нагрева для закалки легированных инструментальных сталей, например, марки Х, выбирают по такой же формуле, но так как хром (как и остальные карбидообразующие элементы) несколько изменяют точку А1, то температуру нагрева легированных сталей следует выбирать не по диаграмме состояния железо-углерод, а по справочникам. Для стали Х эта температура составляет 840-850°С.
Высоколегированные быстрорежущие стали, например, марок Р18, Р6М5, имеют наивысшую из всех сталей температуру закалки (1210-1280°С). Температуру нагрева для закалки быстрорежущих сталей выбирают таким образом, чтобы обеспечить растворение в твердом растворе - аустените максимально возможное количество вторичных легированных карбидов. Это необходимо для того, чтобы аустенит стал достаточно легирован карбидообразующими элементами (W, Cr, Mo, V) и содержал нужное количество углерода (не менее 0,4-0,5 %).
2. Выбор охлаждающей среды при закалке
При закалке на мартенсит сталь должна охлаждаться с закалочной температуры так, чтобы аустенит, не успел претерпеть распад на ферритно-карбидную смесь, переохладился ниже Мн. Для этого скорость охлаждения должна быть критической или выше критической. Критическая скорость закалки зависит от минимальной устойчивости переохлажденного аустенита: чем более устойчив аустенит (чем больше сдвиг линий начала и конца превращений переохлажденного аустенита в ферритно-карбидную смесь по С-образной диаграмме вправо), тем меньше критическая скорость закалки. Соответственно, чем менее устойчив аустенит, тем больше величина критической скорости закалки. Поскольку устойчивость переохлажденного аустенита углеродистых сталей (особенно доэвтектоидных) мала, то критическая скорость закалки этих сталей большая.
Рис. 2 Диаграммы распада переохлажденного аустенита
Поэтому охлаждающими средами при закалке углеродистых сталей чаще всего служит вода (иногда с добавлением солей, щелочей или кислот для увеличения охлаждающей способности). Поэтому для стали У12 средой охлаждения выберем воду. Легированные стали имеют более высокую устойчивость переохлажденного аустенита, поэтому критическая скорость закалки легированных сталей меньше, чем для углеродистых. Следовательно, изделия из легированных сталей можно закаливать в средах, охлаждающих менее интенсивно, чем вода, т. е. в масле или даже на 6 воздухе. Такая закалка при достаточной устойчивости переохлажденного аустенита также обеспечит получение в изделиях мартенситной структуры, но с меньшим уровнем напряжений. Для сталей Х и Р6М5 средой охлаждения выбираем масло.
сталь закалка аустенит отпуск
3. Отпуск закаленных сталей
Отпуском закаленной стали называется операция термической обработки, состоящая в нагреве сталей до температур ниже критической точки А1, выдержки при этих температурах и 7 последующем охлаждении с определенной скоростью (обычно на воздухе) с целью получения необходимого сочетания прочности и пластичности и уменьшения внутренних напряжений. Отпуск при соответствующей температуре позволяет плавно снизить твердость закаленной стали до нужных значений в готовом изделии и одновременно повысить пластичность и вязкость. Поэтому отпуск является окончательной операцией термической обработки.
Структура закаленной стали, состоящая из мартенсита и остаточного аустенита, метастабильна. При нагреве после закалки вследствие увеличивающейся подвижности атомов создаются условия для процессов, изменяющих структуру стали к более равновесному состоянию с образованием мелкодисперсной феррито-карбидной смеси. Различают четыре превращения при отпуске.
Таблица 1 Результаты измерений твердости
Марка стали |
Твердость HRC после закалки |
Твердость HRC после отпуска |
|||
170°С |
350°С |
560°С |
|||
У12 |
60 |
55 |
40 |
24 |
|
Х |
61 |
58 |
47 |
32 |
|
Р6М5 |
62 |
- |
- |
64 |
В практике термической обработки сталей наиболее часто применяются три вида отпуска: низкий (150-200°С), средний (350-500°С) и высокий (500-650°С).
В ходе отпуска стали марки У12 и Х выявили зависимость конечной твердости материала от температуры отпуска. Чем выше температура отпуска, тем ниже значения твердости испытуемых сталей. Для стали Р6М5 зависимость оказалась обратной.
Рис. 3 График в координатах «Твердость - температура отпуска»
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Химический состав и области применения сталей. Определение режимов термической обработки для получения заданных структур. Расчет верхней критической скорости закалки. Построение изотермической диаграммы распада переохлажденного аустенита в стали У13.
контрольная работа [4,4 M], добавлен 26.02.2015Сравнительная характеристика сталей. Микроструктура быстрорежущей стали Р6М5 в литом состоянии. Разработка режима термической обработки. Закалка, трёхкратный отпуск. Оборудование для нагрева, отжига проволоки, ленты. Подъемно-транспортное оборудование.
контрольная работа [1,8 M], добавлен 10.11.2008Изготовление деталей из легированных сталей. Изучение их механических и химических свойств. Фазовый состав, структура и назначение сталей марки 30Г2 и 12Х2Н2. Режимы их термической обработки. Описание и анализ диаграмм изотермического распада аустенита.
курсовая работа [964,9 K], добавлен 02.06.2014Фазовый состав, структура, свойства и назначение сталей марок 35ХГ2 и 4Х5МФС, основные виды термообработки. Общее описание и характеристика диаграмм изотермического распада аустенита. Термообработка поршневого пальца, штампов для горячего деформирования.
курсовая работа [202,8 K], добавлен 12.12.2013Классификация инструментальных сталей. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства штамповых сталей. Химический состав стали 4Х5МФ1С. Влияние температуры закалки на структуру и твердость материала. Оценка аустенитного зерна и износостойкости.
дипломная работа [492,5 K], добавлен 19.02.2011Требования к свойствам инструментальных материалов. Перечень марок нескольких основных нетеплостойких сталей для режущего инструмента. Закалка доэвтектоидных сталей. Быстрорежущие стали: маркировка, структура, технология термической обработки и свойства.
контрольная работа [19,8 K], добавлен 20.09.2010Распад аустенита, закономерности превращения. Пластинчатый и реечный мартенсит. Характерные особенности мартенситного превращения. Влияние состава стали на положение критических точек. Промежуточное превращение в стали. Критическая скоростью закалки.
лекция [115,7 K], добавлен 14.10.2013Описание порядка применения закалки углеродистых сталей и определение температуры закалки согласно заданию. Вычисление необходимой продолжительности закалки. Назначение отжига и определение его времени согласно заданию. Правила составления протокола.
лабораторная работа [15,3 K], добавлен 12.01.2010Классификация и маркировка сталей. Сопоставление марок стали типа Cт и Fe по международным стандартам. Легирующие элементы в сплавах железа. Правила маркировки легированных сталей. Характеристики и применение конструкционных и инструментальных сталей.
презентация [149,9 K], добавлен 29.09.2013Принципы обозначения стандартных марок легированных сталей, их механические свойства. Влияние вредных примесей, величины зерна на свойства. Виды закалки, структура сплава после нее. Понятие свариваемости стали. Коррозионные повреждения нержавеющей стали.
курсовая работа [5,1 M], добавлен 18.03.2010Сравнительная характеристика быстрорежущих сталей марок: вольфрамомолибденовой Р6М5 и кобальтовой Р9М4К8 - различие в свойствах этих сталей и оптимальное назначение каждой из них. Разработка и обоснование режимов обработки изделий из этих сталей.
практическая работа [1,8 M], добавлен 04.04.2008Верхний предел температур нагрева для заэвтектоидных сталей. Температура нагрева и скорость охлаждения. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении. Твердость и износостойкость режущего инструмента. Выбор режима охлаждения при закалке стали.
презентация [209,6 K], добавлен 14.10.2013Закаливаемость и прокаливаемость стали. Характеристика конструкционных сталей. Влияние легирующих элементов на их технологические свойства. Термическая обработка сплавов ХВГ, У8, У13 и их структуры после нее. Выбор вида и режима термообработки детали.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 12.01.2014Диаграмма распада переохлажденного аустенита стали 40Х. Расчет времени нагрева цилиндрической заготовки. Тепловой баланс рабочего пространства печи. Коэффициент полезного действия для термических печей. Величина перепада температуры по толщине изделия.
контрольная работа [634,0 K], добавлен 19.04.2013Первое, второе и третье превращение при отпуске. Распад мартенсита и аустенита. Изменение строения и состава фаз при отпуске углеродистой стали. Виды отпускной хрупкости. Сегрегация атомов фосфора на границах зерен. Деформационное старение железа.
лекция [125,7 K], добавлен 29.09.2013Сравнительная характеристика, определение основных химических и механических свойств сталей 15, 35 и У12, их функциональные особенности и сферы практического использования. Операции термической обработки: отжиг, нормализация, улучшение, закалка и отпуск.
лабораторная работа [22,8 K], добавлен 25.12.2014Изменение механических, физических и химических свойств углеродистых конструкционных и инструментальных сталей в результате химико–термической обработки. Марки сталей, их назначение и свойства. Структурные превращения при нагреве и охлаждении стали.
контрольная работа [769,1 K], добавлен 06.04.2015Группы изделий, требующие для их успешной эксплуатации "своих" специфических комплексов вязкостно-прочностных свойств. Способы отпуска закаленной стали. Влияние отпуска на прочность и пластичность стали. Основные сравнительные свойства для стали 45.
статья [63,0 K], добавлен 24.06.2012Назначение и особенности эксплуатации инструментальных сталей и сплавов, меры по обеспечению их износостойкости. Требования к сталям для измерительного инструмента. Свойства углеродистых и штамповых сталей для деформирования в различных состояниях.
контрольная работа [432,5 K], добавлен 20.08.2009Описание условий работы вала и требования к нему. Выбор и обоснование марки стали. Процесс выбора вида и разработка технологии термической обработки вала. Подбор охлаждающей среды для закалки, температур и времени выдержки при нагревах под отпуск.
контрольная работа [496,5 K], добавлен 02.09.2015