Форма 1. № п/п Твердость после закалки HRС Температура отпуска Т, °С Время выдержки, мин Твердость после отпуска HRС Получаемая

№ п/п	Твердость после закалки HRС	Температура отпуска Т, °С	Время выдержки, мин	Твердость после отпуска HRС	Получаемая микроструктура

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Основные теоретические положения.

3. Характеристика полученных микроструктур.

4. График зависимости твердости стали от температуры отпуска.

Контрольные вопросы

1. Что такое отпуск? Какова максимальная температура нагрева при отпуске закаленной углеродистой стали?

2. Какие структурные изменения происходят в ходе отпуска закаленной стали?

3. Чем отличается сорбит отпуска и сорбит, образующийся при распаде переохлажденного аустенита? В чем причины различий?

4. Как изменяется твердость при отпуске закаленной углеродистой стали?

Литература: [2, 3, 4].

Работа 10

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Цель работы – ознакомление с классификацией и микроструктурой легированных сталей.

Содержание работы

Элементы, вводимые в сталь с целью изменения ее структуры и свойств, называются легирующими, а такая сталь - легированной.

По своему влиянию на температуру полиморфного превращения элементы делятся на две группы:

1. Аустенитообразующие элементы (Mn, Ni, С, N, Си и др.), которые снижают точку А ₃, и повышают точку А ₄, расширяя область существования g-фазы.

2. Ферритообразующие элементы (Cr, Mo, W, Si и др.), которые повышают точку А ₃, и снижают точку А ₄ замыкая область g - фазы.

Следовательно, при определенном содержании легирующих элементов можно получить сталь с аустенитной или ферритной структурой, не претерпевающей полиморфных превращений при нагреве или охлаждении.

Легирующие элементы (за исключением Ti, V, Nb) сдвигают точки S и Е диаграммы Fe-FeC в сторону меньшей концентрации углерода. Это приводит к тому, что легированная сталь может иметь заэвтектоидную структуру при содержании углерода менее 0,8 %, а ледебуритную - менее 2,14 %.

По характеру взаимодействия с углеродом легирующие элементы делятся на некарбидообразующие (Si, Al, Ni, Co) и карбидообразующие (Mn, Cr, Mo, W, Ti и др.). Устойчивость карбидов легирующих элементов возрастает от Mn к Ti. Распределение карбидообразующих элементов между ферритом и карбидами зависит от содержания углерода и легирующих элементов. Если последних больше, чем необходимо для связывания всего углерода в карбиды, то избыточное количество легирующих элементов образует с железом твердый раствор замещения.

Легирующие элементы, находящиеся в твердом растворе, искажают решетку, это вызывает изменения прочности, твердости и вязкости феррита. Твердость под влиянием легирующих элементов возрастает, в большинстве случаев вязкость падает. Исключение составляет легирование никелем, а также хромом и марганцем до 3,0 и 1,5 % соответственно.

Влияние легирующих элементов на концентрацию углерода в эвтектоиде (точка S) и предельную его концентрацию в аустените (точка Е) показано на рис 13. Поскольку легирующие элементы уменьшают растворимость углерода в аустените, то точки S и Е сдвигаются влево, к меньшим содержаниям углерода. В легированных сталях перлитная структура достигается при более низких содержаниях углерода, а в заэвтектоидных сталях в структуре может появиться ледебуритная составляющая.

Все легирующие элементы (кроме кобальта) увеличивают устойчивость переохлажденного аустенита, так как они замедляют процесс диффузии и перераспределения в нем углерода. С-образные диаграммы изотермического распада аустенита легированных сталей при равном содержании углерода располагаются правее, чем у углеродистых. При этом некоторые легирующие элементы не изменяют формы кривой (рис. 14, а), другие же изменяют С-образную диаграмму: на ней появляются два минимума устойчивости переохлажденного аустенита, разделенные обла стью относительно большей его устойчивости (рис. 14, б). Такое действие карбидообразующих элементов зависит от степени растворения карбидов при нагреве до аустенитного состояния: если нагрев не обеспечивает их полного растворения, то превращение переохлажденного аустенита происходит быстрее, чем в гомогенном аустените, так как нерастворившиеся карбиды действуют как дополнительные центры кристаллизации.

Смещение С-образ-ной кривой вправо снижает критическую скорость закалки и повышает прокаливаемость.

Легирующие элементы изменяют также положение мартенситной точки и одновременно влияют на количество остаточного аустенита. При легировании такими элементами, как марганец и никель, понижающими температуру мартенситного превращения ниже комнатной, можно получить сталь с аустенитной структурой.

Введение легирующих элементов сказывается на превращениях при отпуске закаленной стали. Под влиянием карбидообразующих элементов и кремния замедляются процессы распада мартенсита и коагуляция карбидов. Поэтому закаленные легированные стали сохраняют твердость до более высоких температур отпуска.

По структуре в отожженном (равновесном) состоянии стали подразделяются на классы: доэвтектоидный, эвтектоидный, заэвтектоидный и ледебуритный.

По структуре после нормализации легированные стали делятся на пять классов: перлитный, мартенситный, аустенитный, ферритный и карбидный. Стали перлитного класса содержат относительно мало легирующих элементов (не более 5 – 6 %), поэтому аустенит при нормализации распадается с образованием структур перлитного типа. Стали мартенситного класса содержат свыше 6 % легирующих элементов, вследствие чего у них С-образные кривые сильно смещены вправо, и охлаждение на воздухе приводит к превращению аустенита в мартенсит. В сталях аустенитного класса высокое содержание Ni, Мn, С, N и Сг вызывает не только резкое смещение С-образной кривой вправо, но и снижение температуры М _н ниже комнатной. В итоге аустенит становится устойчивым при комнатной и даже при отрицательных температурах. Примерами таких сталей являются стали 10Г13Л, 12Х18Н10Т, 10Х14Г14НЗ. Наклеп аустенитных сталей может привести к образованию мартенсита. Стали ферритного класса имеют низкое содержание углерода и легированы элементами, замыкающими область g фазы (Сг, Si, Al). К этой группе относятся хромистые нержавеющие стали 08Х13, 12Х17, 15Х28 и железокремнистые электротехнические стали. Стали карбидного класса имеют в структуре первичные карбиды (ледебуритную эвтектику) вследствие высокого содержания (свыше 10 – 12 %) элементов, смещающих влево точку Е диаграммы Fе-Fe₃С. По структуре этот класс относится к белым чугунам, однако стали этого класса деформируются и в горячем, и в холодном состояниях (в отличие от недеформируемых белых чугунов). К сталям карбидного класса относятся хромистые и вольфрамовые инструментальные стали, например, X12, Р18, Р6М5.

Легированные стали и сплавы по назначению делятся на конструкционные, инструментальные, износостойкие, нержавеющие, жаропрочные и стали и сплавы с особыми физическими свойствами (магнитными, электрическими, упругими, термического расширения и др.).