Цель работы
Практически освоить технологию проведения отпуска и исследовать влияние температуры отпуска на твердость стали.
Приборы и материалы
Прибор для определения твердости, муфельные печи, оснащенные приборами для контроля температур, закалочные баки с охлаждающими средами, закаленные образцы из среднеуглеродистой стали.
Основные положения
Закаленная сталь характеризуется по сравнению с другими состояниями максимальными значениями твердости и прочности и минимальными значениями пластичности и вязкости. В результате закалки в стали возникают большие остаточные закалочные напряжения, которые сами по себе, без приложения внешних нагрузок, могут приводить к трещинообразованию и разрушению детали. Поэтому для уменьшения хрупкости и снятия закалочных напряжений закаленные детали подвергают отпуску.
Отпуском – этотермическая обработка, заключающаяся в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической точки Ас1, выдержке и последующем охлаждении.
|
|
В зависимости от температуры нагрева различают три вида отпуска:
- низкий отпуск 150 – 250 °С,
- средний отпуск 350 – 450 °С,
- высокий отпуск 500 – 650 °С.
Выбор температуры отпуска зависит от того, в каких условиях будет работать изделие и, следовательно, какими свойствами оно должно обладать.
Превращения при отпуске, структура и свойства отпущенной стали
Основным превращением, происходящим при отпуске является распад мартенсита закалки на ферритокарбидную смесь.
С повышением температуры отпуска увеличивается диффузионная подвижность атомов и, как следствие этого, увеличивается скорость и полнота процесса распада мартенсита. Кроме температуры на превращения при отпуске оказывает влияние время выдержки при температуре нагрева. Однако определяющее воздействие оказывает температура отпуска.
При низком отпуске в результате частичного распада мартенсита закалки образуется мартенсит отпуска, в котором наблюдается перераспределение углерода с начальным образованием карбидов. При этом практически не снижается твердость и износостойкость, но снимается часть закалочных напряжений и снижается хрупкость. Низкий отпуск применяется для режущих инструментов и деталей, подвергнутых поверхностной закалке, а также цементированных деталей.
Средний отпуск приводит к завершению распада мартенсита на мелкодисперсную ферритоцементитную смесь, называемую трооститом отпуска. Твердость его в пределах HRC40 – 50 для сталей, содержащих 0,45 – 0,8 %С. При этом сохраняются высокие упругие свойства и происходит дальнейшее (относительно низкого отпуска) снятие закалочных напряжений. Средний отпуск применяется для пружин и рессор.
|
|
Сорбит отпуска - это образующаяся, в результате высокого отпуска коагуляция (укрупнение) цементитных частиц, ферритоцементитная смесь с более крупными, чем у троостита отпуска цементитными частицами.
Твердость его находится в пределах HRC15 – 25 для сталей, содержащих 0,40 – 0,60 %С. Эта структура обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности. Поэтому высокий отпуск применяется для многих деталей машин (коленчатые и распределительные валы, шестерни и т.п.), работающих в условиях циклических знакопеременных и динамических нагрузок.
Комплекс термической обработки, состоящей из полной закалки и высокого отпуска конструкционных сталей, называется улучшением.
Отпуск является заключительной термической обработкой, формирующей конечную структуру и придающей изделиям требуемые условиями эксплуатации свойства.
Для достижения этих свойств температуру отпуска необходимо назначать исходя из следующих закономерностей: при повышении температуры отпуска понижаются твердость и прочность и повышаются пластичность и ударная вязкость сталей.
Технология проведения отпуска состоит из нагрева образца до температуры соответствующего отпуска и выдержки при этой температуре.
Общее время нахождения образца в печи (τобщ.) определяется:
τобщ. = τ H + τ B