потёмкин (материаловедение. металлы. Потёмкин), страница 8

2. Проводят термическую обработку стали по различным режимам, приведенным в таблице. Зависимость микроструктуры и твердости стали 40 от температуры закалки, скорости охлвжпеиив при закалке и температуры отпуска Тверлость стали НВ, МПа Режимы термической обработки стали Образующаяся микроструктура Неполная закалка с 730'С в воле Феррит и мартенсит 2900...4000 Неполная закалка с 770"С в воде Мартенсит и феррит 4300...5000 3300... 6200 Полная закалка с 830 С в воде Мартенсит 3000...4300 Закалка с 850'С в масле Тростит и ма1пенсит 1700...2100 Нормализация с 850'С Сорбит Закалка с 850'С и низкий отпуск при 200'С 3300...6000 3400...4200 Мартенсит отпуска Закалка с 830" С и средний отпуск Тростит отпуска при 400'С 2300...2800 Закалка с 850'С и высокий отпуск Сорбит отпуска при 600 "С Осуществляют неполную закалку (образцы 1, 2), полную закалку (образец 3) и строят зависимость твердости стали от температуры нагрева под закалку.

3. Изучают влияние скорости охлаждения прн закалке на твердость стали. При этом сталь с оптимальной температуры закалки охлаждают в воде (образец 3), в масле (образец 4), на воздухе (образец 5) и строят кривую зависимости твердости стали от скорости охлаждения. Ориентировочно можно считать, что охлаждению на воздухе соответствует скорость охлаждения 10 7с, в масле — 100'/с, в воде — !000 гс.

4. Проводят операцию отпуска стали 40, закаленной с температуры 850'С в воде: низкий отпуск (образец 6), средний отпуск (образец 7), высокий отпуск (образец 8) и строят график зависимости твердости стали от температуры отпуска. 5. Изучают под микроскопом получаемые микроструктуры, зарисовывают их и делают выводы о взаимосвязи термообработки, структуры и свойств стали. Контрольные вопросы 1. Какие превращения происходят при закалке стали'! 2. Что такое мартенсит? Какую микроструктуру и какое кристаллическое строение он имеет? 3. Как найти температуру закалки доэвтекгоидной и заэвтектоилной стали по лиаграмме состояния железо — углерод'.

4. Что такое полная и неполная закалка стали? 5. Как изменяется твердость доэвтектоидной стали при переходе от температур неполной закалки к температурам полной закалки? 6. Какая структура получается при неполной и полной закалке доэвтектоидиой стали? 7. Какая струк~ура получается при нормальной закалке заэнтектоидной стали? 8, Что означают С-образные кривые на диаграмме изотерического превращения стали? 9. Что такое критическая скорость закалки стали и как ее определить по диаграмме изотермического распада переохлажленного аустенита? 10. Какая структура получается в доэвтектоилной стали при закалке ее со скоростью меньше критической? 11.

Как зависи~ структура стали от скорости ее охлаждения? 12. Какова пель отпуска стали? При каких температурах он проводится? 13. Какие измснения в микроструктуре происходят при различных видах отпуска? Как при этом изменяются свойства стали? Работа 51'45). ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ЖАРОПРОЧНЫХ И ЖАРОСТОЙКИХ СПЛАВОВ лшыаа ~ а «ю уо««м. получение характеристик кратковременнтях и длительных свойств, изучение структуры жаропрочных сплавов.

Основные положения Прочность и удельная прочность. С повышением температуры прочность всех металлических материалов снижается. Основными 46 причинами падения прочности следует считать ослабление межа- томных связей и структурные превращения, вызванные повышением температуры. Кроме того, при повышенных температурах ускоряют диффузионные процессы, облегчаюшие перемещение дислокаций внутри зерен и скольжение по границам зерен. Оценить свойства металлов при высоких температурах можно либо путем проведения длительных испытаний с учетом ползучести, либо путем проведения кратковременных испытаний.

Проведение кратковременных испытаний при высоких температурах, в отличие от испытаний при комнатной температуре, требует приспособлений для нагрева образцов. Кратковременные испытания дают возможность оценить свойства материала без учета значительных структурных изменений, происходящих с течением времени. Известно, что воздействие высоких температур может привести к процессам возврата и рекристаллизацни, к растворению и коагуляции упрочняюшнх фаз, к изменению механизма перемешения дислокаций, а в случае приложения нагрузки — к появлению признаков поверждаемости по границам зерен.

Таким образом, если разрушение при длительных испытаниях есть результат воздействия всех перечисленных факторов, то при кратковременных испытаниях многие из них могут не проявиться. Это, в свою очередь, отразится на характере изменения прочности в зависимости от температуры. Так, можно заранее сказать, что кратковременная прочность будет иметь более высокое значение, нежели длительная, прн испытаниях образцов при одинаковой температуре.

Разница между кратковременной и длительной прочностью будет тем больше, чем выше температура и больше длительность проведения испытаний. Оценка кратковременных свойств материалов очень важна лля изделий, имеюших небольшой срок службы, Характеристики кратковременной прочности (осд, о,) имеют более высокие значения по сравнению с характеристиками длительной прочности за 100 и 1000 ч (пщс, пщш ) для одинаковых температур испытания, Кратковременные испытания, как правило, предшествуют длительным. Для материалов, применяемых в авиационной промышленности, абсолютные характеристики прочности сами по себе еше не определяют их качества. Важно, чтобы высокая прочность изделий сочеталась с их малой массой. Отношение какой-либо характеристики прочности (ов з, и, ) к плотности материала называется удечьной прочностью: предел прочности шчотность где К вЂ” удельная прочность Значение удельной прочности зависит от температуры, так как с повышением последней прочность снижается, а плотность почти не изменяется.

Поскольку с повышением температуры у разных материалов прочность уменыпается по-разному, то и удельная прочность будет меняться неодинаково; поэтому материал с высоким значением удельной прочности при комнатной температуре может иметь низкую удельную прочность при высокой температуре. При оценке свойств материалов необходимо принимать во внимание их пластичность, а также изменение последней с повышением и понижением температуры. Ползучееть. При изучении свойств металлических материалов, особенно работающих при повышенных температурах, кратковременных испытаний недостаточно. Длительное пребывание материалов под нагрузкой приводит к накоплению в них сложных структурных изменений, внешними проявлениями которых могут явиться, например, изменения формы и размеров изделия, Постепенная пластическая деформация, происходящая со временем под воздействием постоянных приложенных нагрузок (при постоянной температуре), называется ползучестью.

Для многих изделий, особенно работающих при повышенных температурах, ползучесть определяет срок их службы, и поэтому весьма важно оценить свойства материалов при ползучести. Ползучесть зависит от температуры и напряжений, при которых происходит испытание материалов, а также от внутреннего строения металлов и сплавов. С повышением температуры интенсивность процесса ползучести возрастает вследствие увеличения подвижности атомов и дислокаций в твердом теле и большей интенсивности прохождения таких процессов, как возврат и рекристаллизация. Особенно важно, что предварительно созданная структура со значительным сопротивлением ползучести, характеризую- 48 щаяся наличием большого числа мелкодисперсных упрочняюших фаз, может изменяться под воздействием высокой температуры и терять свои оптимальные свойства.

Процесс ползучести сочетает в себе признаки упрочнения и разупрочнения, тесно связанные между собой. Признаком упрочнения является более выгодное распределение дислокаций по структуре на первых стадиях ползучести. Разупрочнение связано с ускоренным движением дислокаций, структурными изменениями и проявляется в накоплении признаков разрушения по границам. Появление микротрещин по границам особенно хорошо заметно на последних стадиях ползучести. Для оценки свойств материалов, работающих при повышенных температурах, строят кривые ползучести в координатах деформация — время.

Для получения полной картины поведения материала такие кривые строят для ряда постоянных температур и напряжений. Типичные кривые ползучести и изменение скорости ползучести в зависимости от времени испытания показаны на рис. 1. Рис. ! За участком упругой деформации Оа следуют участки постепенного развития пластической деформации. Кривая пластической деформации может быть разделена на три участка: 1 участок аб соответствует стадии неустановившейся ползучести (скорость ползучести замедляется); П участок 6с соответствует стадии установившейся ползучести (скорость деформации постоянна); 1П участок сН соответствует стадии ускоренной ползучести, заканчиваю- шейся разрушением материала в точке Н.

49 Каждая стадия ползучести характеризуется протеканием тех или иных процессов, приводяших к изменению внутреннего строения материала. На первой стадии ползучести происходит перераспределение напряжений между отдельными зернами, вследствие чего имеет место более равномерное нагружение всех кристаллов. На этой стадии происходит формирование субструктуры сплава, т.е. образование дополнительных дислокаций и их перемещение, в результате чего они занимают энергетически более выгодное положение относительно друг друга. Можно предположить, что к концу этой стадии материал получит дополнительное упрочнение.