Структурные превращения в стали при нагреве

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА

Кафедра «Материаловедение, технология материалов и термическая обработка металлов»

Отчет

Лабораторная работа № 3

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Выполнила Маштакова Екатерина

группа 19-КСУ-4

Проверил Горшунов М. Г.

Нижний Новгород, 2020

Цель работы

Изучить виды и режимы термической обработки (отжиг, нормализация, закалка и отпуск) и их влияние на структуру и свойства углеродистых сталей путем выполнения практического задания во взаимосвязи с диаграммой состояния Fe-Fe₃C.

Оборудование, приборы и материалы

При выполнении работы используют муфельные печи с термопарами и приборами для измерения температуры, твердомер и образцы из алюминиевых сплавов для проведения термической обработки.

Охрана труда

Загрузку и выгрузку образцов производить при выключенной электропечи, пользуясь щипцами и рукавицами. Во время работы на наждаке соблюдать правила техники безопасности: не работать на выбитом шлифовальном круге, не работать без защитного стекла и при неисправной блокировке. Нагретые образцы охлаждать на теплоизоляционных подкладках.

Краткие сведения из теории

Термической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения металлических сплавов, находящихся в твердом состоянии, с целью изменения их структуры и получения необходимых механических свойств – прочности, износостойкости, долговечности и др.

Структурные превращения в стали при нагреве

Структурные превращения в эвтектоидной стали при нагревепредставляют собой превращение перлита в аустенит (П→А), протекающее при температурах выше А₁=727^ОС (рис.3.1) при постоянной температуре в условиях изотермического нагрева (кривая 1) или в интервале температур при непрерывном нагреве (кривые 2 и 3).

Рис. 3.1. Диаграмма превращения перлита в аустенит (П  А): 1- изотермического;

2, 3 - в интервале температур

0,1 1 10 100 1000 τ,с

Образование зерен аустенита (рис.3.2) происходит путем появления в перлите зародышей кристаллов аустенита на межфазных границах между ферритом и цементитом (рис.3.2, а), их роста до взаимного соприкосновения

(рис.3.2, б) и дальнейшего укрупнения (рис.3.2, в).

а б в

Рис. 3.2. Схема образования кристаллов аустенита: а –появление зародышей; б –рост до взаимного соприкосновения; в –укрупнение

В зависимости от склонности к росту при нагреве аустенитных зерен различают стали наследственно крупнозернистые и наследственно мелкозернистые (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Схема роста зерна при нагреве наследственно крупнозернистой (1) и наследственно мелкозернистой (2) стали

Наследственно крупнозернистыми стали (кривая 1) характеризуются непрерывным ростом зерна при температурах нагрева выше А ₃ или А_cm.

Наследственно мелкозернистые стали (кривая 2) отличаются низкой скоростью роста кристаллов аустенита при нагреве до 1000-1050 ^ОС, а при дальнейшем повышении температуры – резким увеличением их скорости роста. Такие стали обычно содержат сильные карбидо- и нитридообразующие элементы Ti, Nb, V, Al и др., образующие трудно растворимые в аустените карбиды, нитриды или карбонитриды (TiC, VC, AlN, NbCN и др.), которые располагаясь по границам зерен, препятствуют их росту при высокотемпературном нагреве.

В результате же той или иной термической обработки получают действительное зерно, размер которого обусловливается температурой нагрева, продолжительностью выдержки и наследственной склонностью данной стали к росту зерна при нагреве.

Кристаллы аустенита растут только при нагреве, а при охлаждении они не измельчаются: чем крупнее зерно аустенита при нагреве, тем больших размеров образуются из него при охлаждении продукты превращения - зерна перлита или мартенсита.