углеродистой стали подвергнуть отпуску при различных температурах. 3. Измерить твердость образцов углеродистой стали после отпуска. 4. Провести анализ результатов исследований и объяснить полученные зависимости. 5. Выполнить индивидуальное задание по УНИРС. Основные сведения Отпуском называется вид термической обработки, заключающийся в нагреве закаленной стали до температур, лежащих ниже критической точки АС1, выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении . Характер и скорость распада мартенсита и остаточного аустенита, конечная структура и свойства стали обусловлены конкретными температурами, определяющими четыре основных превращения в стали при отпуске, на основании которых разработаны и применяются в практике машиностроения при термообработке закаленных сталей три вида отпуска: низкотемпературный ( низкий ), среднетемпературный ( средний ) и высокотемпературный ( высокий ). Низкий отпуск производится при температурах 150-2500 С . В результате такой термообработки образуется структура, так называемый отпущенный мартенсит, являющийся гетерогенной смесью пересыщенного -твердого раствора ( неоднородной концентрации ) и еще не обособившихся частиц метастабильного карбида, близкого по составу к Fe2C, сохранивших с исходной кристаллической решеткой когерентную связь. Перераспределение растворенного углерода приводит к уменьшению его концентрации в пересыщенном твердом растворе и, в связи с этим, к уменьшению тетрогональности решетки. Низкий отпуск обеспечивает высокую , практически на уровне закаленных сталей твердость и высокую износостойкость поверхностных слоев стали; при этом имеет место частичное снижение внутренних остаточных напряже- 3 ний, повышение ударной вязкости, что уменьшает склонность стали к хрупкому разрушению. Низкому отпуску подвергают режущий и измерительный инструмент; детали, прошедшие поверхностную обработку - закалку, цементацию; изделия, работающие в условиях трения сопряженных деталей. При температуре 250-3500 С происходит превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит, что приводит к снижению ударной вязкости - появлению нежелательной хрупкости материала . Поэтому в интервале этих температур отпуск сталей, как правило, не производят. Средний отпуск проводится в интервале температур 400-4800 С. С повышением температуры отпуска до 4000 С в углеродистой закаленной стали полностью завершается процесс выделения углерода из мартенсита, Мелкодисперсные частицы карбида - Fe2C преобразуется в Fe3C ; их когерентная связь с решеткой мартенсита нарушается. Структура стали будет состоять из феррита и цементита. Последующий нагрев до максимальных температур этого вида отпуска приводит к росту частиц цементита и изменению их формы ( начало процесса коагуляции и сфероидизации ). Одновременно, начиная с 4000 С происходит укрупнение пластинок феррита. В результате среднего отпуска структура закаленной стали будет представлять мелкодисперсную смесь феррита и цементита, которая называется троостит отпуска. Полное выделение углерода из мартенсита обусловливает снятие внутренних напряжений, а начавшийся процесс укрупнения зерна , сопровождавшийся снижением твердости ( 40-50 HRC ) и, следовательно, повышением пластичности, предопределяет высокие пределы упругости и выносливости. Средний отпуск применяют для деталей , работающих в режиме изменяющихся нагрузок: рессоры, пружины, торсионы, штампы. Высокий отпуск выполняют при 500-6800 С. Нагрев выше 5000 С усиливает коагуляцию и сфероидизацию частиц цементита: зерна феррита еще больше укрупняются и приближаются к равноосным. В результате образуется структура, которая называется сорбитом отпуска. Для полученной структуры характерно еще большее снижение твердости ( 30-45 HRC ) и повышение относительного сужения и особенной ударной вязкости, почти полное (90-95 % ) устранение всех внутренних напряжений . Высокому отпуску подвергается большое количество наиболее нагруженных деталей машин, испытывающих знакопеременные и ударные нагрузки - валы, оси, зубчатые колеса, шатуны и др. Высокий отпуск обеспечивает одновременно значительную пластичность конструкционной стали при повышенной, по сравнению с нормализацией и отжигом, прочности. Поэтому термическую обработку, состоящую из закалки и последующего высокого отпуска, называют улучшением, которому подверга- 4 ют среднеуглеродистые стали для уменьшения чувствительности к концентраторам напряжений, снижения температуры порога хладноломкости. Для структур среднего и высокого отпуска ( троостит и сорбит отпуска с округлой зернистой формой цементита) , характерна повышенная вязкость при почти одинаковой прочности с подобными структурами, которые сформировались в результате распада переохлажденного аустенита и имеют пластинчатую форму цементита. Следует отметить, что отпуск является единственным окончательным видом термообработки закаленной стали, температурные интервалы которого, обуславливая особенности превращения мартенсита и остаточного аустенита при нагреве, создают в материале наиболее эффективный комплекс свойств практической целенаправленности. В качестве примера на рис.1 показано влияние температуры отпуска на механические свойства углеродистой стали. Методика работы Лабораторное оборудование для проведения закалки и отпуска стали включает: электрические камерные печи с автоматической системой регулирования температуры, передвижные закалочные сдвоенные баки с водой; клещи, рукавицы, защитные очки. Для очистки от окалины и выравнивания торцовых поверхностей образцов применяется наждачный камень ( круг ), шлифовальная шкурка. Для измерения твердости по Бринеллю используется прибор ТШ-2, а по Роквеллу - прибор ТК-2. Для испытания используют образцы цилиндрической формы, высота которых 12-15 мм и диаметр -20 мм. Поверхности образцов должны быть плоскопараллельными и не иметь раковин, трещин и других видимых дефектов. Исследования проводятся на образцах из стали 45. Отожженные заранее образцы в количестве 12 шт. подвергаются закалке по следующему режиму: - температура максимального нагрева - Тmax 850 100 C . - выдержка при Тmax - 10-15 мин; - охлаждение в воде. Режимы отпуска из закаленных образцов включают: - нагрев образцов до температуры 200, 300 , 400, 500, 600, 7000 С; - выдержка в печи при каждой заданной температуре отпуска в течение 30 мин.; - охлаждение образцов на воздухе и в воде. Загрузку и выгрузку образцов из печей следует производить клещами с удлиненными ручками; работу выполнять в рукавицах и защитных очках
