Реферат Курсовая Конспект
Краткие теоретические сведения - раздел Физика, ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Для Повышения Твердости И Прочности Углеродистой Стали Используют Закалку В ...
|
Для повышения твердости и прочности углеродистой стали используют закалку в воде. Температуру под закалку выбирают исходя из диаграммы состояния Fе-С (см. предыдущую работу). Продолжительность нагрева зависит от формы и размеров нагреваемых образцов или деталей.
После закалки на мартенсит углеродистая сталь имеет высокую твердость (58-62 HRC), но низкую пластичность. Кроме того, в процессе закалки возникают довольно значительные закалочные напряжения. Поэтому закалка углеродистых сталей не является окончательной обработкой.
Закалочные напряжения подразделяются на:
1. Термические (тепловые);
2. Фазовые (структурные).
Напряжения, которые возникают в результате неравномерности охлаждения детали по сечению, называют термическими. Напряжения, возникающие в результате структурных превращений (в данном случае мартенситных) в охлаждаемой детали, называют фазовыми. Возникновение фазовых напряжений при закалке обусловлено двумя причинами:
1. Удельный объем матренсита больше, чем удельный объем аустенита.
2. Неодновременное протекание мартенситного превращения в поверхностных и внутренних слоях детали.
Рассмотрим процесс возникновения закалочных (термических и фазовых) напряжений подробнее.
В начальном промежутке времени поверхностные слои охлаждаются быстрее, чем внутренние. Это приводит к неравномерности изменения объема: поверхностные слои сжимаются быстрее, чем внутренние, т.е. внутренние слои препятствуют сжатию внешних. Вследствие этого в поверхностных слоях возникают растягивающие, а во внутренних - сжимающие напряжения. При охлаждении поверхностных слоев до 240 °С в них начинается мартенситное превращение, в результате чего увеличивается объем, а внутренние слои продолжают сжиматься. Фазовые напряжения на этом этапе противоположны по знаку температурным напряжениям. В результате сжатия внутренних слоев и расширения поверхностных слоев закалочные напряжения немного уменьшаются.
Через некоторый промежуток времени во внутренних слоях начинает протекать мартенситное превращение, что приводит к увеличению их объема. При этом растягивающие напряжения в поверхностных слоях значительно возрастают.
При дальнейшем понижении температуры растягивающие напряжения в поверхностных слоях несколько ослабляются, но сохраняются и после полного охлаждения.
Таким образом, следует обратить внимание на то, что: 1) закалочные напряжения получаются наибольшими не после окончательного охлаждения, а в процессе самого охлаждения и могут вызвать коробление детали; 2) в поверхностных слоях возникают значительные растягивающие напряжения, которые могут привести к появлению трещин (сжимающие напряжения трещин не вызывают).
Для снятия закалочных напряжений, а также для повышения пластичности стали после закалки проводят отпуск. В зависимости от температур нагрева различают 3 вида отпуска: низкий, средник и высокий.
Низкий отпуск заключается в нагреве закаленной углеродистой стали до 150-250 °С. Время выдержки выбирают исходя из формы и размеров детали. Выдержка должна обеспечить получение стабильной структуры для данной температуры отпуска. При низком отпуске мартенсит закалки превращается в мартенсит отпуска (см. атлас микроструктур). Это превращение связано с уменьшением степени тетрагональности мартенсита, которое происходит за счет выделения углерода из мартенсита в виде карбидных частиц Fе2С, когерентно связанных с твердым раствором. Структура стали после низкого отпуска состоит из мартенсита с меньшим содержанием углерода, чем исходный мартенсит, и мелких карбидных частиц.
Низкий отпуск предназначен для частичного снятия внутренних закалочных напряжений без заметного снижения твердости. Этому виду отпуска подвергают детали, которым требуется высокая твердость и износостойкость (режущи, мерительный инструмент, детали, прошедшие цементацию, поверхностную закалку и т.д.).
Средний отпуск осуществляют путем нагрева закаленной углеродистой стали до 350-450 °С. При этих температурах отпуска диффузионное перераспределение углерода активизируется. Углерод покидает кристаллическую решетку мартенсита. Происходит образование устойчивых частиц карбида FезС сферической формы. Полное выделение углерода из решетки мартенсита ведет к образованию из него феррита.
Получаемая после среднего отпуска структура называется трооститом отпуска. В отличие от троостита, полученного после закалки в масле, троостит отпуска имеет зернистое строение высокой дисперсности (рис. 13.1).
Рисунок 13.1 – Схема пластинчатого и зернистого строения феррито-цементитной смеси а) пластинчатое; б) зернистое | |
а) б) |
В процессе среднего отпуска происходит уменьшение закалочных напряжений. Наблюдается повышение упругих свойств стали, некоторое снижение твердости и прочности. Этому виду отпуска подвергают рессоры и пружины.
Высокий отпуск осуществляют путем нагрева закаленной стали до температуры 500-650°С. Получаемая после высокого отпуска, структура сорбита отпуска представляет собой феррито-цементитную смесь зернистого строения средней степени дисперсности (см. атлас микроструктур). Высокий отпуск обеспечивает полное снятие закалочных напряжений и дает наилучшее сочетание твердости, прочности, пластичности и ударной вязкости. Термообработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется термическим улучшением стали. Термическому улучшению подвергают ответственные детали машин, изготовленные из углеродистых конструкционных сталей, испытывающие в эксплуатации статические, ударные и знакопеременные нагрузки. Термическое улучшение позволяет понизить чувствительность к надрезам и перекосам, к конструктивным переходам от одного сечения к другому, к изменению размеров детали и т. д.
Таким образом, для получения заданной твердости у одной и той же стали можно использовать охлаждение аустенита с заданной скоростью или закалку и отпуск. При одинаковой твердости, которая определяется степенью дисперсности феррито-цементитной смеси, обработка по второму варианту обеспечивает более высокую пластичность стали и лучшее сопротивление развитию трещины. Это объясняется тем, что при такой термической обработке феррито-цементитная смесь имеет зернистое строение.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ... Федеральное агентство по образованию... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Оренбургский государственный...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Краткие теоретические сведения
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов