Лабораторная работа №6

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ

СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗО - УГЛЕРОД

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение диаграммы состояния железо-углерод, построение кривых охлаждения для типичных сплавов с использованием правила фаз.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Основой конструкционных материалов в машиностроении и других отраслях промышленности являются сплавы на основе железа: стали и чугуны.

Железо – металл серебристо – белого цвета, температура плавления 1539 ⁰С, атомный радиус 1,27 Å. Известны три полиморфные модификации железа: α-железо (решетка ОЦК) стабильное при температурах ниже 911 ⁰С, -железо (решетка ОЦК) стабильное при температурах выше 1392 ⁰С, и -железо (решетка ГЦК), стабильное в интервале температур 911–1392⁰С.

Углерод – неметалл, температура плавления 3500 ⁰С, атомный радиус 0,77 Å. Углерод полиморфен, в обычных условиях стабилен в виде графита, метастабилен в виде алмаза, растворим в железе в твердом и жидком состоянии, при концентрации его 6,67 % образует с железом химическое соединение Fe₃C.

Диаграмма состояния железо-углерод приведена на рис. 6. В зависимости от состояния, в котором существует углерод возможно существование двух диаграмм состояния рассматриваемой системы в одном районе температур и концентраций. В условиях реальных скоростей охлаждения углерод выделяется в связанном состоянии в виде соединения Fe₃C (6,67 %С), называемого цементитом. Диаграмма железо-цементит называется метастабильной и изображается сплошными ли-

8

Рис. 6. Диаграмма состояния сплавов системы

железо – углерод

9

ниями. В условиях медленного охлаждения и в присутствии

графитизаторов углерод выделяется в виде графита (100 % С). Диаграмма железо - графит называется стабильной и изображается пунктирными линиями.

В системе железо – углерод в определенных областях диаграммы стабильно существуют следующие фазы: жидкий раствор внедрения углерода в железе, твердый раствор внедрения углерода в α-железе – -феррит, твердый раствор внедрения углерода в γ-железе – аустенит, твердый раствор внедрения углерода в -железе – -феррит, химическое соединение Fe₃С и графит.

Сплавы железа с углеродом, содержащие углерода менее 0,025 %, называются техническим железом; содержащие углерода от 0,025 % до 2,14 % - сталями; содержащие углерода более 2,14 % - чугунами.

Стали, содержащие углерода от 0,025 % до 0,8 % называются доэвтектоидными, от 0,8 % до 2,14 % - заэвтектоидными. Сталь, содержащая 0,8 % углерода, называется эвтектоидной. Основной отличительной структурной составляющей стали является перлит.

Рассмотрим примеры кристаллизации различных сталей и чугунов по метастабильной диаграмме железо – цементит (рис. 21).

Сплав 1. Начало первичной кристаллизации в точке 1, конец – в точке 2. От точки 2 до точки 3 образовавшаяся твердая фаза – феррит (δ - Ф) – охлаждается. В точке 3 начнется фазовая перекристаллизация (вторичная кристаллизация): α – фаза (δ - Ф) переходит в γ – фазу (аустенит); в точке 4 этот процесс заканчивается и до точки 5 γ – фаза охлаждается без превращений. В диапазоне температур от точки 5 до точки 6 γ – фаза превращается в α – фазу (феррит) - (полиморфное превращение), от точки 6 до точки 7 феррит охлаждается без превращений. В точке 7 вследствие уменьшения растворимости углерода в феррите при понижении температуры (линия PQ) из феррита выделяются дисперсные кристаллы третичного

10

цементита Ц₃. Окончательная структура сплава 1 (и всех других в диапазоне концентраций углерода от 0,006% (т. Q) до 0,025% (т. P) по всему объему состоит из феррита с дисперсными частицами упрочняющей фазы – цементита (третичного) по границам зерен феррита и самих зернах.

Сплав 2 (доэвтектоидная сталь). Начало кристаллизации δ – феррита из жидкой фазы – точка 8.

По мере охлаждения до температуры перитектического превращения (линия НJВ) концентрация жидкой фазы изменяется по линии АВ, а δ – феррита – по линии АН; при температуре 1499 ⁰С (т.9 и другие на линии НJВ) в сплаве 2 (и др. сплавах с концентрацией углерода от 0,1% (т. Н) до 0,51%(т. В)) произойдет перитектическое превращение: Ж_В + δФ_Н →А_J. В диапазоне от т. 9 до т. 10 δ-феррит превратится в аустенит, который далее охлаждается до точки 11. В интервале температур от точки 11 до точки 12 аустенит превращается в феррит. Концентрация аустенита при этом уменьшается и достигает предельного значения в точке 5, и при достижении температуры 727 ⁰С в сплаве произойдёт эвтектоидное превращение А_В→Ф_Р + Ц. при дальнейшем охлаждении из феррита выделяется Ц₃ (как в сплаве 1).

Сплав 3 (доэвтектоидная сталь). В диапазоне температур от точки 13 до перитектической из жидкой фазы выделяются кристаллы δ – феррита. Затем на кривой охлаждения появляется площадка, соответствующая перитектическому превращению. Далее в двухфазной области от перитектики до точки 14 оставшаяся жидкость превращается в аустенит, который при дальнейшем охлаждении от точки 14 до точки15 не претерпевает никаких превращений. В интервале температур от точки 15 до эвтектоидной, часть аустенита превращается в феррит, а оставшийся аустенит, приняв концентрацию углерода 0,8%, при температуре 727 ⁰С распадается на смесь двух фаз: (Ф + Ц) – перлит, что соответствует появлению площадки на кривой охлаждения. Далее при охлаждении из феррита выделяются третичные кристаллы цементита (для всех спла-

11

вов от точки Р до точки К на диаграмме).

Сплав 4 (заэвтектоидная сталь). При температуре точки 16 из жидкой фазы выделяется аустенит. В точке 17 последняя капля жидкой фазы закристаллизуется и при дальнейшем охлаждении до точки 18 в аустените никаких превращений не происходит. В интервале температур от точки 18 до эвтектоидной из аустенита выделяются вторичные кристаллы цементита вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените при охлаждении (линия ES). При достижении эвтектоидной температуры концентрация углерода в аустените становится равной 0,8% (S) и аустенит распадается с образованием перлитной структуры. Окончательное равновесная структура заэвтектоидных сплавов: П + Ц_II .

Сплав 5 (доэвтектический чугун). В интервале температур от точки 19 до эвтектической 1147 ⁰С (линия ECF) из жидкого раствора выделяется аустенит, при этом концентрация углерода в жидкой фазе стремится к точке С (4,3% О). При достижении эвтектической температуры оставшаяся часть жидкой фазы с этой концентрацией углерода кристаллизуется с образованием механической смеси двух фаз (А+Ц) – ледебурита (на кривой охлаждения появляется площадка); при дальнейшем охлаждении из аустенита выделяется вторичный цементит, потом следует эвтектоидное превращение аустенита (включая и ледебуритный), и структура сплава становится такой: П + Л + Ц_II , при чем состав ледебурита - П + Ц . Процессы фазовой перекристаллизации в доэвтектических чугунах завершаются превращением Ф→Ц_II.

Сплав 6 (заэвтектический чугун). Кристаллизация этих чугунов отличается от кристаллизации доэвтектических только тем, что в интервале температур от точки 20 до эвтектической и жидкой фазы выделяется не аустенит, а цементит первичный (в виде крупных кристаллов). При дальнейшем понижении температуры кривые охлаждения заэвтектических чугунов не отличатся от таковых для доэвтектических чугунов.

12

Кроме белых чугунов, структурным признаком которых является цементитная эвтектика – ледебурит, существуют серый, ковкий, высокопрочный и половинчатый чугуны.

В серых чугунах, получаемых по стабильной (равновесной) диаграмме железо – графит, почти весь углерод находится не в химическом соединении Fe₃C, а в структурно – свободном состоянии в виде пластинчатых включений графита.

В ковких чугунах, получаемы путем длительного высокотемпературного отжига белого чугуна, в результате чего цементит разлагается на железо и графит, структурно - свободный углерод имеет форму хлопьевидных включений .

В высокопрочных чугунах под действием поверхностно – активных модификаторов (например, магния) графит формируется в виде шаровидных включений. Половинчатые чугуны кристаллизуются частично по стабильной, частично по метастабильной диаграмме железо – углерод, поэтому в их структуре имеется графитная и цементитная эвтектики.

Окончательные структуры всех сталей и чугунов указаны в нижней двухфазной области (QPSKα) диаграммы Fe – Fe₃C.

Задание

1. Проанализируйте один из сплавов системы железо – цементит.

2. Постройте кривую охлаждения, определите число фаз, их химический состав и массу при заданной температуре.

3. Опишите и зарисуйте равновесную структуру сплава при комнатной температуре.

Контрольные вопросы

1. Укажите однофазные области на диаграмме состояния железо-цементит.

2. Что такое феррит, аустенит, цементит, графит?

13

3. Что называется перлитом?

4. Что называется ледебуритом?

5. Укажите области существования первичного, вторичного и третичного цементитов.

6. Запишите эвтектическую, перитектическую и эвтектоидную реакции.

7. В чем сходство и различие между стабильной и метастабильной диаграммами системы железо - углерод?

Лабораторная работа №7

МИКРОСТРУКТУРА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

И ЧУГУНОВ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Анализ диаграммы состояния железо-углерод, изучение типовых микроструктур сталей и чугунов.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Диаграмма состояния железо-цементит достаточна сложна и содержит перитектическую, эвтектическую и эвтектоидную части, имеются области существования твердых растворов внедрения с ограниченной растворимостью углерода в железе. На диаграмме присутствуют три линии нонвариантного равновесия при температурах 1499, 1147 и 727 ⁰С – линии перитектического, эвтектического и эвтектоидного превращений соответственно.

Компонентами сплавов данной системы являются: железо, углерод и цементит. Диаграмма представлена на рис. 7.

14

Рис. 7. Диаграмма состояния сплавов системы

железо – углерод

15

Фазы системы железо-углерод: жидкая, феррит (твердый раствор внедрения углерода в α-феррит с решеткой ОЦК, а также высокотемпературная модификация – δ-феррит), аустенит (твердый раствор внедрения углерода в γ-феррит с решеткой ГЦК), цементит, графит.

Механическая смесь феррита с цементитом называется перлит. Механическая смесь аустенита и цементитом называется ледебурит.

По содержанию углерода железоуглеродистые сплавы подразделяют на техническое железо (углерода менее 0,025%), стали (содержание углерода от 0,025 % до 2,14 %) и чугуны (содержание углерода более 2,14 %).

Стали можно классифицировать как низкоуглеродистые (содержание углерода менее 0,25%), среднеуглеродистые (углерода 0,3 – 0,5%) и высокоуглеродистые (углерода более 0,6%).

В зависимости от условий кристаллизации, фазовых превращений в твердом состоянии, химического состава, возможных видов термической обработки, состояния углерода в структуре и формы графитных включений возможны различные классификации чугунов: серые, белые, ковкие, высокопрочные, с графитной эвтектикой, модифицированные и т.п.

Первичная кристаллизация сплавов системы железо – углерод протекает в интервале между линиями ликвидус и солидус. При дальнейшем охлаждении происходят превращения в твердом состоянии – вторичная кристаллизация.

Характерными точками на диаграмме Fe – Fe₃С являются: А (1539 ⁰С) – температура плавления железа; D (1550 ⁰С) – температура плавления цементита; N (1392⁰С) и G (911⁰C) – температуры полиморфного γ  и γ  превращений.

Для других характерных точек диаграммы необходимо знать и температуру и концентрацию углерода: В – концентрация углерода (0,51 %) в жидкой фазе, находящейся в равновесии с δ – ферритом и аустенитом в процессе перитектического превращения (1499 ⁰С);

16

H (0,1 % С) – предельная концентрация углерода в -феррите (1499 ⁰С);

I (0,16 % С) – предельная концентрация углерода в аустените при 1499 ⁰С (перитектика);

Е (2,14 % С) – предельная концентрация углерода в аустените при температуре эвтектического превращения (1147 ⁰С);

S (0,8 % С) – предельная концентрация углерода в аустените при температуре эвтектоидного превращения (727⁰С);

С (4,3 % С) – предельная концентрация углерода в жидкой фазе при эвтектической температуре (1147 ⁰С);

Р (0,025 % С) – предельная концентрация углерода в α – феррите при эвтектоидной температуре (727 ⁰С);

Q (0,006 ⁰С) - предельная концентрация углерода в феррите при комнатной температуре.

Физический смысл линий на диаграмме Fe – Fe₃C:

АВ – часть линии ликвидус, показывающая температуру начала кристаллизации δ – феррита из жидкой фазы;

ВС – часть линии ликвидус – температура начала кристаллизации аустенита из жидкой фазы;

СD – часть линии ликвидус – температура начала кристаллизации первичного цементита из жидкой фазы;

HJB – линия перитектического превращения Ж_в+Ф_н↔А_J;

ЕСF (часть линии солидус) – линия эвтектического превращения Ж_с↔А_Е + Ц (индекс не ставится, т. к. цементит – фаза постоянного состава);

РSК – линия эвтектоидного превращения А_S↔Ф_Р + Ц.

Все сплавы системы Fe – Fe₃C с концентрацией углерода от 0,025 до 6,67% претерпевают эвтектоидное превращение, т. к. аустенит (γ – фаза) стабилен только при температурах выше 727 ⁰С (линии РSК). Сплавы с концентрацией углерода от 2,14 до 6,67% (чугуны) претерпевают и эвтектическое, и эвтектоидное превращение.

Следует отметить, что левый верхний угол диаграммы Fe – Fe₃ C не имеет практического значения по той причине, что

17

все виды термической обработки сталей производятся из аустенитной области.

В зависимости от химического состава, условий охлаждения и термической обработки различают виды чугунов:

1. Белые чугуны. Затвердевают согласно метастабильной диаграмме железо – цементит в условиях быстрого охлаждения.

Структурным признаком белого чугуна является наличие эвтектики – ледебурита. Белые чугуны разделяются на доэвтектические (< 4,34 %С), эвтектический (4,34 % С) и заэвтектические (> 4,34 % С).

2. Серый чугун. Затвердевает по стабильной диаграмме железо – графит в условиях очень медленного охлаждения и наличия графитизирующих добавок (Si, Ni и др). Углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии и выделяется в виде пластин или розеток с пластинчатыми краями. Структурным признаком серого чугуна является наличие в структуре графита и отсутствие ледебурита.

3. Половинчатый чугун. Кристаллизуется частично по стабильной, частично по метастабильной диаграмме железо – углерод. После затвердевания в структуре имеется графитная эвтектика и ледебурит.

4. Высокопрочный чугун. Получается при добавлении в жидкий расплав специальных поверхностно – активных элементов (магний) – модификаторов. Графит приобретает шаровидную форму.

5. Ковкий чугун. Получается путем длительного отжига белого доэвтектического чугуна при высоких температурах. При этом цементит разлагается на железо и графит, называемый графитом отжига и имеющий форму изолированных компонентных хлопьевидных включений.

Равновесные структуры всех сталей и чугунов формирующиеся в нижней двухфазной области (QPSK) диаграммы Fe – Fe₃C указаны на рис. 8-16.

18

а) б)

Рис. 8. Техническое железо. Феррит и третичный цементит (а – микроструктура (х500), б – схема ее зарисовки)

а) б)

Рис. 9. Доэвтектоидная сталь. Феррит и перлит (а – микроструктура (х500), б – схема ее зарисовки)

а) б)

Рис. 10. Эвтектоидная сталь. Перлит (а – микроструктура (х500), б – схема ее зарисовки)

19

а) б)

Рис. 11. Заэвтектоидная сталь. Перлит и вторичный цементит (а – микроструктура (х500), б – схема ее зарисовки)

а) б)

Рис. 12. Доэвтектический белый чугун. Перлит, вторичный цементит и ледебурит (а – микроструктура (х500), б – схема ее зарисовки)

а) б)

Рис. 13. Эвтектический белый чугун. Ледебурит (а – микроструктура (х500), б – схема ее зарисовки)

20

а) б)

Рис. 14. Заэвтектический белый чугун. Первичный цементит и ледебурит (а – микроструктура (х500), б – схема ее зарисовки)

а) б) в)

г) д)

Рис. 15. Микроструктуры чугунов (х500): а-ферритного серого; б - феррито-перлитного серого; в - перлитного; г - половинчатого; д – высокопрочного

21

а) б)

Рис. 16. Микроструктура ковких чугунов (х500): а – ферритного; б – перлитного

Задание

1. Изучить диаграмму железо – цементит, ее компоненты, фазы и характерные точки.

3. Посмотреть под микроскопом и зарисовать микроструктуры сталей и чугунов.

4. Составить отчет.

Контрольные вопросы

1. Поясните диаграмму состояния железо – цементит, укажите однофазные и двухфазные области диаграммы.

2. Что означает стабильное и метастабильное состояние сплавов?

3. Дайте определение фаз и структур в системе железо – углерод (феррит, аустенит, графит, перлит, ледебурит).

4. В чем состоят сходство и различие цементита первичного, вторичного и третичного?

5. Объясните физическую сущность нонвариантных превращений в сплавах железо – цементит (перитектическое, эв-

22

тектическое и эвтектоидное превращения).

6. Какие железоуглеродистые сплавы Вы знаете?

7. В чем различие между белым, серым, ковким, высокопрочным и половинчатым чугунами?

Лабораторная работа №8

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить возможности влияния различных режимов термической обработки на структуру и свойства металлов.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Термической обработкой называют комплекс технологических операций нагрева материала до определенных температур, выдержки при этих температурах и охлаждения с различными скоростями с целью изменения структуры и свойств. Упрочнению термической обработкой в машиностроении подвергается до 40 % стали, потребляемой этой отраслью. Выбор материала и вида его термической обработки с целью получения максимальных технико-экономических показателей является наиболее важным и сложным звеном в процессе конструирования и изготовления изделия, определяющим его надежность и долговечность. Основными операциями термической обработки, различно изменяющими структуру и свойства стали, и назначаемыми в зависимости от требований, предъ-являемых к полуфабрикатам и изделиям, являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Общее описание процессов отжига, закалки и нормализации можно сделать при наложении кривых охлаждения на диаграмму изотермического распада аустенита. Первым (общим) этапом всех этих процессов является нагрев для получения

23

структуры аустенита выше критических температур A₁-A₃. Далее следует выдержка при этих температурах для выравнивания температуры и завершения образования аустенита и охлаждение до комнатных температур. В процессе охлаждения происходит превращение переохлажденного аустенита, причем строение и свойства стали зависят от скорости охлаждения (рис. 17).

Рис. 17. Влияние скорости охлаждения на превращение

аустенита в стали

При отжиге охлаждение производится вместе с печью со скоростью V₁, обеспечивающей получение в углеродистой стали наиболее равновесной структуры - перлита. При нормализации охлаждение производится на спокойном воздухе со скоростью V₂, обеспечивающей в углеродистой стали получение структуры сорбита. При охлаждении в масле со скоростью V₃ получается структура троостита. Критическая скорость охлаждения - это минимальная скорость, при которой не происходит распада аустенита на феррит и цементит. Охлаждение со скоростью выше критической реализуется при использовании в качестве охлаждающей среды воды и обеспечивает в углеродистой стали получение наиболее неравновесной структуры - мартенсита.

24

Указанные выше структуры: перлит, сорбит и троостит -являются продуктами распада переохлажденного аустенита в области перлитного превращения, представляют собой феррито-цементитные смеси пластинчатого строения и отличаются друг от друга по структуре только степенью дисперсности. Однако это различие вызывает существенное изменение свойств: по мере увеличения дисперсности в ряде перлит -сорбит - троостит пластичность стали уменьшается, а твердость ее возрастает.

Структура мартенсита качественно отличается от перечисленных: мартенсит в углеродистой стали – это пересыщенный твердый раствор углерода в α-Fe, имеющий игольчатое строение и обладающий более высокой твердостью и меньшей пластичностью по сравнению с перлитом, сорбитом и трооститом.

Свойства мартенсита сильно зависят от содержания в нем углерода. Сохранение углерода в твердом растворе при мартенситном превращении вызывает искажение решетки α-Fe; мартенсит имеет тетрагональную пространственную решетку. Значительные объемные напряжения, возникающие при мартенситном превращении, вызывают взаимную пластическую деформацию соседних элементарных ячеек, приводят к внутреннему фазовому наклепу, следствием которого является увеличение твердости мартенсита по сравнению с равновесными структурами феррита и аустенита. Специфическая игольчатая форма кристаллов мартенсита приводит к его малой пластичности, т.к. расположенные хаотически мелкодисперсные иглы являются труднопреодолимыми препятствиями для движения дислокаций.

Одним из наиболее важных параметров режима закалки является температура нагрева. Для закалки доэвтектоидную стать следует нагревать до температуры на 30-50 ⁰С выше линии Аз (GS), а заэвтектоидную на 30-50 ⁰С выше линии A₁ (PSK). При нагреве доэвтектоидной стали до температуры, находящейся в интервале А₁-А₃, структура будет состоять из аустенита и феррита. За счет феррита сталь будет иметь пониженную твердость, что является браком по недогреву. Для заэвтектоидной

25

стали закалка из промежуточной области (A₁-A₃) не ухудшает, а улучшает свойства стали, т.к. остающийся при этом цементит повышает твердость. Нагрев углеродистой стали до температур более высоких, чем указано выше, сопровождается укрупнением зерна аустенита. При закалке образуется крупноигольчатый мартенсит, обладающий пониженной ударной вязкостью. Получение такой структуры является браком по перегреву. Оптимальный режим нагрева стали под закалку в зависимости от содержания углерода показан на рис.18.

⁰С

1000

900

800

700

Рис. 18. Оптимальные температуры нагрева стали под закалку

Отпуском называется технологический процесс, заключающийся в нагреве закаленной стали до температуры ниже линии PSK(A₁), выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на воздухе с целью получения более равновесной структуры.

В закаленной стали, находящейся в неустойчивом состоянии, при нагреве идут процессы, приводящие ее в более

26

устойчивое состояние: снижаются внутренние напряжения и происходит выделение углерода из пересыщенного твердого раствора с образованием смеси феррита и цементита зернистого типа. Чем выше температура отпуска, тем полнее происходит выделение углерода из мартенсита, и далее развивается процесс коагуляции - укрупнение частиц цементита.

Различают три вида отпуска: низкий, средний и высокий, проводимые соответственно при температурах 100 – 250 ⁰С, 250 – 400 ⁰С, 400 – 680 ⁰С. При этом получаются структуры отпущенного мартенсита, троостита и сорбита. Эти структуры: имеют названия, аналогичные получающимся при распаде переохлажденного аустенита, но отличаются от них формой частиц феррита и цементита. Это различие приводит к тому, что при одинаковой твердости структуры отпуска имеют более высокие характеристики пластичности по сравнению с одноименными продуктами распада переохлажденного аустенита.

Как следует из вышеизложенного, одной из наиболее важных характеристик, по которой можно судить о структурных изменениях, происходящих в стали при термической обработке, является твердость.

Твердость – это сопротивление материала проникновению в его поверхность стандартного тела (индентора), не деформирующегося при испытании.

Это неразрушающий метод контроля, а также основной метод оценки качества термической обработки изделия. О твердости судят либо по глубине проникновения индентора (метод Роквелла), либо по величине отпечатка от вдавливания (методы Бринелля, Виккерса, микротвердости).

Во всех случаях происходит пластическая деформация материала. Чем больше сопротивление материала пластической деформации, тем выше твердость.

Наибольшее распространение получили методы Бринелля, Роквелла, Виккерса и микротвердости. Схемы испытаний представлены на рис. 19.

27

Рис. 19. Схемы определения твердости: а – по Бринеллю;

б – по Роквеллу; в – по Виккерсу

Метод Роквелла ГОСТ 9013

Основан на вдавливании в поверхность наконечника под определенной нагрузкой (рис. 19 б)

Индентор для мягких материалов (до НВ 230) – стальной шарик диаметром 1/16” ( 1,6 мм), для более твердых материалов – конус алмазный.

Нагружение осуществляется в два этапа. Сначала прикладывается предварительная нагрузка P₀ (10 кг) для плотного соприкосновения наконечника с образцом. Затем прикладывается основная нагрузка Р₁; в течение некоторого времени действует общая рабочая нагрузка Р. После снятия основной нагрузки определяют значение твердости по глубине остаточного вдавливания наконечника h под нагрузкой P₀.

Задание

1. Исследование влияния температуры нагрева под закалку на структуру и твердость стали:

а) выбрать несколько температур нагрева под закалку для углеродистой качественной стали в интервале температур 600 – 800⁰С;

б) сделать вывод о предполагаемой структуре стали после каждого эксперимента по закалке;

28

в) получить образцы стали, закаленные с разных температур у преподавателя и измерить их твердость;

2. Исследование влияния скорости охлаждения с темпе-ратуры закалки на структуру и твердость стали:

а) выбрать и обосновать четыре режима охлаждения так, чтобы они наиболее полно охватывали используемый на практике диапазон скоростей охлаждения для сталей 45 или У12 по указанию преподавателя;

б) после совместного обсуждения этих режимов с преподавателем сделать вывод о предполагаемой структуре стали после каждого эксперимента по охлаждению;

в) получить образцы стали, охлажденной с разными скоростями, у преподавателя и измерить их твердость;

3. Исследование влияния температуры отпуска на структуру и твердость стали, предварительно закалённой на мартенсит:

а) в интервале температур отпуска выбрать несколько температур, обеспечивающих получение различных типичных для отпуска структурных состояний;

б) получить образцы отпущенных сталей у преподавателя и измерить их твердость;

Контрольные вопросы

1. Что такое отжиг, закалка, нормализация и отпуск?

2. Какие структуры получаются при охлаждении аустенита с различными скоростями? В чем сходство и различие?

3. С какой температуры закаливают доэвтектоидную сталь?

4. С какой температуры закаливают заэвтектоидную сталь?

5. Что такое мартенсит в углеродистой стали?

6. Каковы причины изменения твердости мартенсита при изменении в нем содержания углерода?

29

7. Какие бывают виды отпуска? Какие структуры получаются в результате отпуска?

8. В чем сходство и различие между структурами отпуска и структурами, полученными при распаде переохлажденного аустенита?

10. Как измеряется твердость по методу Роквелла?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лахтин Ю.М. Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева М.: Металлургия, 1990.

2. Гуляев А.П. Металловедение / А.П. Гуляев М.: Металлургия, 1992.

3. Арзамасов Б.Н. Материаловедение / Б.Н. Арзамасов М.: Машиностроение, 2003.

4. Геллер Ю.А. Материаловедение (Лаб. работы, методы анализа, задачи) / Ю.А. Геллер, А.Г. Рахштадт М.: Металлургия, 1985.

5. Травин О.В. Материаловедение / О.В. Травин, Н.Т. Травина М.: Металлургия, 1991.

6. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов / Ю.М. Лахтин М.: Металлургия, 1993.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Лабораторная работа №5. Пластическая деформация и рекристаллизация 1

2. Лабораторная работа №6. Диаграмма состояния сплавов системы железо-углерод 8

3. Лабораторная работа №7. Микроструктура углеродистых сталей и чугунов 14

4. Лабораторная работа №8. Влияние термической обработки на структуру и свойства углеродистой стали 23

Библиографический список 30

30