Метода для дз (831909), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Сталь подвергаютполной закалке (рис. 3). При полной закалке сталь нагревают до однородноймелкозернистой аустенитной структуры (рис. 4).Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем Vкр(наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается вмартенсит) обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита.Рассмотрим превращения, происходящие в стали 60С2А при нагревеисходной равновесной структуры Ф+Ц. На практике при обычных скоростяхнагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или1112зернистое строение до температуры АС1 (до 750°С для стали 60С2А).
Притемпературе АС1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Кристаллы(зерна) аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита.При этом параллельно развиваются два процесса: 1) полиморфный переходFeα→Fγ; 2) растворение цементита в аустените.Представим общую схему превращенияП(Ф+Ц)|А1→Ф+Ц+А→А+Ц→Анеоднородный→Агомогенный.1234Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чемрастворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали притемпературе закалки для полного растворения цементита и получения гомогенногоаустенита.Из рис. 5 видно, что фазовая перекристаллизация приводит к измельчениюзерна в стали. При этом, чем дисперснее структура перлита (Ф+Ц) и чем вышескорость нагрева стали, тем больше центров зарождения аустенита, а,следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада.
Увеличение жедисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности,вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений.Рассмотрим изменения структуры в стали при закалке в масло.При непрерывном охлаждении в стали с Vохл>Vкр аустенит превращается вмартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью(∼1000...7000 м/с) в интервале температур Мн...Мк.
При этом необходимоучитывать, что с увеличением % С точки Мн и Мк понижаются (рис. 6), в то времякак введение Si их повышает.В результате закалки стали 60С2А структура может иметь кроме мартенситаи некоторое количество остаточного аустенита.Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный твердый растворуглерода в α-железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомыуглерода занимают в основном октаэдрические поры.Образование в результате закалки мартенсита приводит к большимостаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако при этомвозрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведениядополнительно последующего отпуска.Превращения в закаленной стали при среднем отпуске (470°С).Нагрев закаленной стали до температуры АС1 принято называть отпуском.Отпуск должен обеспечить получение в стали необходимых эксплуатационныхсвойств.
Структура стали 60С2А после закалки состоит из мартенсита иостаточного аустенита.Рассмотрим последовательность процессов при отпуске с повышениемтемпературы.1213До 80°С диффузионная подвижность мала и распад мартенсита идетмедленно.Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80...200°С иприводит к формированию структуры отпущенного мартенсита – смесипересыщенного углеродом α-раствора и когерентных с ним частиц ε-карбида. Врезультате этого существенно уменьшаются степень тетрагональности мартенсита(часть углерода выделяется в виде метастабильного ε-карбида), удельный объем,снижаются внутренние напряжения.Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур200...260°С (300°С) и состоит: 1) в превращении остаточного аустенита вотпущенный мартенсит; 2) в дальнейшем распаде отпущенного мартенсита:уменьшается степень его пересыщенности до 0,15...0,2%, начинаетсяпреобразование ε-карбида в Fe3C – цементит и его обособление, разрывкогерентности; 3) в снижении внутренних напряжений; 4) в связи с переходомАост→Мотп имеет место некоторое увеличение объема.
Третье превращение приотпуске развивается в интервале 300...400°С. При этом заканчивается распадотпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется ферритокарбидная смесь, существенно снижаются внутренние напряжения; повышениетемпературы отпуска выше 400°С активизирует процесс коагуляции карбидов, чтоприводит к уменьшению дисперсности феррито-цементитной смеси.Структуру стали после низкого отпуска (до 250°С) называют отпущенныммартенситом. Структуру стали после среднего отпуска 350...500°С называюттрооститом отпуска. Структуру стали после высокого отпуска 500...600°Сназывают сорбитом отпуска.В стали 60С2А после полной закалки в масло и среднего отпуска при 470°Собразуется структура троостита.Сталь 60С2А. Основные данные.1. Гост 14959-79. Рессорно-пружинные стали.2. Химический состав, %.C0,57...0,65Si1,2...2,0Mn0,6...0,9Cr0,3Ni0,3...0,4PS0,03...0,04 0,03...0,043.
Применение: рессоры, пружины, торсионные валы, пневматическиезубила.4. Прокаливаемость достигает 18 мм.5. Влияние легирующих элементов.Кремний положительно влияет на структуру, механические итехнологические свойства стали: снижает критическую скорость охлаждения иувеличивает прокаливаемость, уменьшает скорость распада мартенсита, сильноупрочняет феррит, повышает прочность, твердость и, прежде всего, упругие1314свойства стали (σ0,2, σв, σ-1), увеличивает сопротивление коррозии, снижаетвязкость.
Такое влияние кремния на свойства связано с его воздействием наматричную фазу (α-раствор) и карбиды, а именно, кремний способен создавать втвердом растворе направленные ионные связи, которые должны увеличиватьнапряжения трения в кристаллической решетке и тем самым повышатьсопротивление движению дислокаций, особенно при малых пластическихдеформациях (упрочняющий эффект).6. Свойства упругих элементов могут быть повышены путемповерхностного наклепа в 1,5...2 раза (обдувка дробью).7.
Недостатки стали 60С2А: 1) склонность к обезуглероживанию; 2)склонность к графитообразованию; 3) склонность к образованию поверхностныхдефектов при горячей обработке стали, что вызывает снижение пределавыносливости.8. Свойствапружиннойсталимогутбытьулучшеныпутемдополнительного легирования. Применяются кроме стали 60С2А стали марок:60С2ХА, 60С2ХФА, 60С2Н2А.Легирующие элементы – кремний и марганец – сильно упрочняют феррит испособствуют повышению характеристик прочности стали после термическойобработки. Влияние дополнительного легирования хромом, ванадием, никелемпроявляется прежде всего в уменьшении критической скорости охлаждения иповышении прокаливаемости. Карбидообразующие элементы – хром и ванадий –предупреждают обезуглероживание пружин при нагреве под закалку.
Введениеванадия кроме того служит дальнейшему повышению прочности благодаряобразованию высокодисперсных частиц карбида МС (на основе VC) при распадемартенсита в процессе отпуска.Литература1. Рахштадт А. Г. Пружинные стали и сплавы. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.:Металлургия, 1982. – 400 с.2. Гуляев А. П. Металловедение.
– М.: Металлургия, 1977.3. Материаловедение. Учебник для ВУЗов. Под общей ред. Б. Н. Арзамасова. 2-еизд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. – 384 с.4. Конспект лекций.Приложение.К данному пособию студентам на кафедре предоставляютсядополнительные материалы: выдержки из ГОСТ, справочные данные поразличным материалам. Студент может также воспользоваться банком данных,имеющимся в компьютерном классе кафедры.14.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
