СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ.

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе,

доктор П.Б. Акмаров

«___»_______________2009 г.

Лабораторная работа

Микроструктура термически обработанных углеродистых сталей (в неравновесном состоянии)

Методическое пособие для студентов подготовки агроинженеров и бакалавров

Специальностей: ФМСХ, ФЭАСХ, ФМПСХП. ТОРМ

311300, 311400, 311500, 311900

Ижевск 2004 г


УДК 620.22

ББК 30.3

Методическое пособие составлено на базе Муниципального образовательного эталона высшего проф образования, утвержденного 05.04.2000 г.

Рассмотрено и рекомендовано к изданию кафедрой МТКМ СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ., протокол № от 2004 г. рекомендовано к изданию методической комиссией факультета механизации сельского хозяйства ФГОУ ВПО «Ижевская ГСХА», протокол № от 2009 г.

Рецензент:

Кандидат технических наук, доцент кафедры РМТКМ

Широбоков В.И.

Составитель

кандидат технических наук, старший научный сотрудник,

доцент кафедры РМТКМ

Дронзиков В.А.

Микроструктура термически обработанных углеродистых сталей (в неравновесном состоянии).Лабораторная СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. работа./Сост.: Г35 В.А.Дронзиков. Ижевск: РИО ИжГСХА, 2009 г. – стр.

В пособии приведена короткая теория формирования микроструктуры углеродистых сталей после разных видов термической обработки, методика выполнения и представления результатов работы студентами, контрольные вопросы и фото, схемы изображения обычных высококачественных и дефектных структур сталей, методы устранения изъянов.

УДК 620.22

ББК 30.3

© РИО ИжГСХА СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ., 2009 г.

©Дронзиков В.А. сост., 2009 г.

ВВЕДЕНИЕ.В работе рассматриваются микроструктуры углеродистых сталей в неравновесном состоянии (после закалки и закалки с отпуском). Структуры сбалансированного состояния приводятся сначала только для сравнительной высококачественной оценки начального металла перед термической обработкой.

СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ.

АУСТЕНИТ – жесткий раствор углерода СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. в гамма-железе (Feγ). В закаленной стали всегда остается какое-либо количество не распавшегося аустенита, при этом, чем больше углерода в стали, тем больше количество не распавшегося аустенита. Таковой аустенит носит заглавие остаточного аустенита. По собственной природе он ни чем же не отличается от обыденного аустенита, т.е. представляет собой жесткий СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. раствор углерода в железе и под микроскопом виден в виде светлых зернышек.

МАРТЕНСИТ – пересыщенный жесткий раствор углерода в Feα (альфа-железе). Различают мартенсит тетрагональный и отпущенный.

Тетрагональный мартенсит («мартенсит закалки») выходит конкретно после закалки углеродистой стали с содержанием углерода 0,35% и поболее и имеет тетрагональную решетку. Тетрагональность решетки СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. обоснована наличием в решетке мартенсита межузельных включений неуравновешенных карбидов железа, имеющих бόльший объем, чем устойчивый цементит. Под микроскопом тетрагональный мартенсит виден в виде светлых игл на черном фоне (Рис.3). В таком мартенсите образуются, из-за искажений решетки, высочайшие внутренние напряжения, которые, если их не снять в течение определенного времени, могут СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. привести к образованию микротрещин, саморазрушению либо разрушению нагрузкой при эксплуатации металла, прямо до небезопасного разлета осколков.

«Отпущенный мартенсит» появляется в процессе низкого отпуска закаленной стали, при температуре 150 – 2500. В отпущенном мартенсите из углеродных включений образуются высокодисперсные частички цементита, их объем понижается, резко уменьшаются внутренние напряжения и решетка становится практически кубической СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. – черные иглы на светлом фоне (Рис.6).

ТРООСТИТ – механическая смесь мелкозернистых частиц цементита и феррита фактически не различимых при обыкновенном увеличении. При закалке со скоростью ниже критичной троостит является продуктом прямого распада аустенита на механическую смесь, а при среднем отпуске– продуктом распада мартенсита закалки. В первом случае он имеет СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. заглавие троостит закалки, во 2-м – троостит отпуска. Структура троостита закалки – пластинчатая, а троостита отпуска – зернистая (Рис.7). Твердость троостита 300-400 НВ.

СОРБИТ – механическая смесь феррита и цементита, но более грубого строения, чем в троостите. Цементит в сорбите отлично виден в микроскоп. Различают сорбит закалки и сорбит отпуска. Структура сорбита закалки пластинчатая, а СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. сорбита отпуска – зернистая (Рис.8), твердость сорбита по Бринеллю 150-300 НВ.

Троостит и сорбит в отличие от сбалансированного перлита не имеют неизменного хим состава.

Разглядим изменение структуры доэвтектоидной стали с 0,45% С зависимо от температуры нагрева и скорости остывания.

2. Обычный ОТЖИГ СТАЛИ (шлиф №1).

Применяется для подготовки структуры к закалке. На закалку СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. следует направлять металл после отжига либо нормализации.

Нагрев до 8600 (на 30-50 градусов выше точки Ас3) с следующим неспешным остыванием совместно с печью. Обычная структура – механическая смесь равноосных маленьких зернышек феррита (светлые) и пластинчатого перлита (рис.1).

а) б)


Рис.1. Доэвтектоидная сталь

(4% раствор HNO3,х500):

а – до отжига; б – после отжига

П

Ф

3. ПЕРЕГРЕВ СТАЛИ СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. ПРИ ОТЖИГЕ (шлиф №2)

Если температура нагрева при отжиге была завышена, к примеру, до 10000 с следующим неспешным остыванием вкупе с печью, то, хотя фазы будут те же, что и после обычного отжига для этой стали (при 8600) но величина зернышек, строение фаз, форма и размещение будут другими. Сталь после отжига при 10000 будет иметь СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. грубую так именуемую видманштеттовую структуру (большое зерно) (рис.2). Сталь с таковой структурой имеет низкую ударную вязкость. Подвергать такую сталь термической обработке нельзя. Перегретую сталь с видманштетовой структурой можно поправить, т.е. сделать опять тонкодисперсной. Для этого ее необходимо подвергнуть нормальному отжигу с целью измельчения зерна.


Рис.2.

Микроструктура СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. стали 45.

сильный перегрев при

отжиге - видманштеттова

структура (х500);травле-

ние 4%-ным спиртовым

веществом HNO3.

4.Обычная ЗАКАЛКА (шлиф № 3)

Обычной закалкой для стали с 0,45 % С является нагрев выше точки Ас3 на 30-500 с следующим резвым остыванием в воде. В итоге таковой закалки получают структуру «мартенсита закалки». Мартенсит имеет игловатое строение, иглы размещены под углом 60, 90 и 1200 друг к СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. другу.

Размер игл (пластинок) мартенсита определяется величиной начального зерна аустенита. Чем больше зерно аустенита, тем крупнее размер игл образовавшегося мартенсита. Обычный мартенсит закалки – мелко-игольчатый, светлые иглы на черном фоне (рис.3).

Рис. 3. Сталь 45. Обычная закалка Мелко-игольчатый тетрагональный мартенсит закалки (х500);

5. ПЕРЕГРЕВ СТАЛИ ПРИ ЗАКАЛКЕ (шлиф № 4)

Сталь СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. можно перегреть не только лишь при отжиге, да и при закалке. Итог после закалки тот же – рост зерна, тут это крупно-игольчатый мартенсит. Так, если сталь с 0,45% С подогреть перед закалкой не до 8600, а до 10000, а потом охладить в воде, получится структура крупно-игольчатого мартенсита (рис.4). Такая сталь при СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. закалке обладает большой хрупкостью. Исправление этого брака – обычный отжиг для измельчения зерна с обычной следующей закалкой.

Рис. 4. Сталь 45. Перегрев при закалке. Крупно-игольчатый тетрагональный мартенсит закалки (х500);

6.ЗАКАЛКА В МАСЛЕ (шлиф № 5)

Если сталь с 0,45% С подогреть до обычной температуры закалки для этой стали – до 8600 (выше точки Ас3) и охладить СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. не в воде, а в масле, то получится структура троостита, т.к. остывание в масле, медлительнее, чем в воде и происходит со скоростью ниже критичной. В итоге образующийся мартенсит отчасти распадается на троостит закалки.

На шлифе черные участки – троостит закалки, светлые участки – мартенсит закалки (рис 4.).

Рис. 4. Сталь 45. Закалка в СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. масле. Мартенсит и троостит закалки (х500);

7.НЕПОЛНАЯ ЗАКАЛКА (шлиф № 6)

Если сталь с 0,45% С подогреть до температуры выше точки Ас1, но ниже точки Ас3 (температура 7600), а потом стремительно охладить в воде, то такая закалка стали именуется неполной закалкой. Структура после неполной закалки, состоит из феррита и мартенсита. Твердость стали при всем СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. этом по сопоставлению с нормально закаленной сталью пониженная, т.к. феррит – мягенькая структурная составляющая не меняющаяся при закалке.

При нагреве стали 45 до температуры 7600 эта сталь согласно диаграмме состояния Fe-С, имеет две фазы: аустенит и феррит. При охлаждении в воде аустенит перебегает в мартенисит, а феррит остается стали без конфигурации СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ.. Потому, структура стали после неполной закалки, состоит из феррита и мартенсита. Твердость стали при всем этом, по сопоставлению с нормально закаленной сталью, пониженная, т.к. феррит – мягенькая структурная составляющая не меняющаяся при закалке. Все же, такая структура, состоящая из механической консистенции мягеньких и жестких наночастиц, отлично работает СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. в парах трения на износ, в особенности при низких рабочих скоростях может употребляться, к примеру, в ручных механизмах машин, как более доступная. Для получения высочайшей твердости, нужно деталь закалить с обычной температурой закалки.

Чем поближе температура нагрева стали перед закалкой ктемпературе Ас3, тем меньше в структуре закаленной стали феррита, и напротив СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ.. На шлифе: основное поле – мелко-игольчатый мартенсит (светлые участки); включения разбросанных черных островков – феррит (рис. 5).


Рис. 5. Сталь 45.

Неполная закалка. Мартенсит и феррит (х500).

8. МАРТЕНСИТ ОТПУСКА (шлиф № 7)

Структура появляется в итоге низкого отпуска (150-200о) мартенсита закалки и при распаде остаточного (после закалки) аустенита в высокоуглеродистых сталях (выше 0,6%С СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ.). Представляет собой мелко-игольчатый, практически кубический мартенсит, черные иглы на светлом поле. Применяется для снятия внутренних напряжений после закалки на высшую твердость. В большинстве случаев, для инструмента.

Рис.6. Сталь 45. х500.

Закалка и маленький отпуск.

Мелко-игольчатый мартенсит отпуска.

(Черные иглы на светлом фоне)

9.ТРОСТИТ ОТПУСКА (шлиф № 8)

Троостит отпуска выходит, в итоге среднего СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. отпуска стали закаленной на мартенсит при температуре 350-4500.

В этом случае сталь 45 была поначалу предана обычной закалке при 8600, в воде, а потом отпущена при 3500. В итоге отпуска мартенсит, получившийся при закалке, перевоплотился в троостит отпуска.

Структура троостита отпуска состоит из черных частиц феррита (фон) и светлых включений СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. цементита, при этом эти частички так маленькие, что даже при наибольших повышениях микроскопа практически неразличимы (рис.7). Сталь с таковой структурой имеет завышенные упругие характеристики. Обычные изделия – пружины и рессоры.

Рис.7. Сталь 45.х500.

Закалка и средний отпуск.

Троостит отпуска

(зернистый).

10. СОРБИТ ОТПУСКА (Шлиф №9)

Структуру,которая формируется после закалки на мартенсит и СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. высочайшего отпуска 500-600оС. Сталь с таковой структурой, благодаря сфероидизации цементита, обладает сочетанием прочности и пластичности (практически как у перлита) с завышенной ударной вязкостью. Потому таковой процесс нередко называют«улучшением». Для структуры характерен черный ферритный фон и отлично видимые светлые округленные зерна цементита (рис.8). Применяется, в большинстве случаев, для изделий, работающих на СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. удар.

Набросок 8. Сорбит отпуска.

Сталь 45. (х500),

З+ВО – улучшение.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Именовать и охарактеризовать виды закалки.

2. Что такое мартенсит, его характеристики, получение и применение.

3. Что такое троостит, его характеристики, получение и применение.

4. Что такое сорбит, его характеристики, получение и применение.

5. Недостатки закалки, предпосылки их образования и методы устранения.

Лабораторная работа

Микроструктура СТРУКТУРНЫЕ СОСТОВЛЯЮЩИЕ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАНОЙ СТАЛИ. термически обработанных углеродистых сталей (в неравновесном состоянии)

2009г.


strukturnij-analiz-obekta.html
strukturnij-analiz-referat.html
strukturnij-i-obektnij-analizi.html