Часть 1

Вариант 5

Определить по диаграмме железо-цементит, до какой области температур была нагрета сталь марки 45, если после закалки со скоростью выше критической ее структура состояла из феррита и мартенсита. Описать превращения, которые совершились в стали при охлаждении, и указать является ли выбранная температура нагрева стали удачной с точки зрения получения высоких механических свойств. Какова должна быть температура нагрева этой стали, чтобы при охлаждении со скоростью выше критической ее структура не содержала феррита?

Решение

Сталь марки 45 – доэвтектоидная сталь. Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры на 30-50°С выше критической (А₃), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.

Температура точки А₃ для стали 45 составляет 755°С, а А₁ равна 730°С. Структура доэвтектоидной стали при нагреве её до критической точки А₁ состоит из зерен перлита и феррита. В точке А₁ происходит превращение перлита в мелкозернистый аустенит. Структура стали после закалки, состоящая из феррита и мартенсита может быть получена при неполной закалке, т.е., если сталь нагреть выше А₁, но ниже А₃, примерно, 740°С.

(Температура нагрева стали 45 под неполную закалку составляет 730 – 755°С)

При нагреве до температуры, примерно, 740°С структура стали 45: аустенит + феррит. При охлаждении со скоростью выше критической структура обратные процессы (распад аустенита на смесь Ф+Ц) не успевают произойти полностью, но наличие полиформизма вызывает γ→α превращение аустенита бездиффузионным мартенситным путем. В результате закалки α–фаза оказывается пересыщенной углеродом (мартенсит). После охлаждения со скоростью выше критической структура стали – мартенсит + феррит.

Рисунок 1 – «Стальной угол» диаграммы «Железо-цементит»

Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. Неполная закалка обеспечивает хорошие механические свойства и штампуемость.

Для того, чтобы при охлаждении со скоростью выше критической структура стали не содержала феррита температура нагрева этой стали должна быть нагрета на (30 – 50), °С выше точки А₃, т.е.

t_зак = А₃ + (30 - 50)°С = 755°С + (30 - 50)°С =785 - 805°С