Влияние температуры закалки на структуру и свойства стали

Микрошлиф 4 – сталь У8А после закалки (температура нагрева 780 °С). При правильном нагреве образуется мелкоигольчатый мартенсит закалки (рис. 4.6.2), поскольку длина игл мартенсита L определяется размерами зерна аустенита. Кристаллы мартенсита травятся слабо и ориентированны друг к другу под углами 60 °С и 120 °С. Такая структура обеспечивает стали невысокую ударную вязкость КСU = 0,1 МДж/м², но она может быть значительно повышена отпуском. Мартенсит закалки с содержанием углерода 0,8 % создаёт твёрдость стали НRС 62.

Микрошлиф 5 – сталь У8А после закалки (температура нагрева 900 °С – перегрев). При перегреве образуется крупное зерно аустенита, и поэтому в процессе закалки образуется крупноигольчатый мартенсит закалки (рис.4.6.6).

Рис. 4.6.6. Схемы структур стали У8: а – мартенсит мелкоигольчатый;
б –мартенсит крупноиголъчатый

По сравнению с микрошлифом 3 длина игл L возрастает примерно в 10 раз. Такое строение мартенсита снижает ударную вязкость стали до значений менее 0,1 МДж/м², т. е. сталь становится хрупкой. Последующий отпуск вязкость стали практически не повышает. Твёрдость стали после закалки с перегревом существенно не отличается от твёрдости правильно закалённой стали.

Наличие в структуре крупноигольчатого мартенсита свидетельствует о перегреве стали при закалке и является браком термической обработки. Для устранения этого брака выполняется полный отжиг или нормализация. После этого выполняется закалки, но уже с правильной температурой нагрева.

Влияние температуры отпуска на структуру и свойства стали

Микрошлиф 6 – сталь У8А после закалки и низкого отпуска.

Низкий отпуск практически не изменяет вид мартенсита. Игольчатость его строения сохраняется, но несколько увеличивается травимость кристаллов. Такая структура называется мартенситом отпуска. Твердость стали почти не снижается по сравнению с закаленным состоянием и составляет HRC 60, а ударная вязкость возрастает до 0,2 МДж/м².

Рис. 4.6.7. Схемы структур стали У8А: а – троостит отпуска; б – сорбит отпуска

Микрошлиф 7 – сталь после закалки и среднего отпуска. Структура –троостит отпуска. При изготовлении микрошлиф сильно протравливается, поэтому при изучении на микроскопе смотрится серой или темной массой без каких-либо характерных особенностей. Выделения цементита размерами 10^–5 мм не разрешаются даже при увеличении в 500 раз. В связи с этим рекомендуется зарисовка в виде схемы (рис. 4.6.7,а)

Эта весьма дисперсная феррито-цементитная смесь обеспечивает твёрдость НRС 40 и ударную вязкость 0,4 МДж/м².

Микрошлиф 8 – сталь 45 после закалки от 860 °С и высокого отпуска. Структура – сорбит отпуска. Цементитные выделения диаметром
D = 10^–4 мм отчётливо видны на светлом фоне феррита (рис., 4.6.7,б). Укрупнение цементитных частиц и уменьшение их количества при высоком отпуске приводит к снижению твёрдости стали до НRС 25 и повышению вязкости до 0,6 МДж/м².

Порядок выполнения работы

1. Подготовить к работе металлографический микроскоп. Изучение микроструктуры микроструктуры термически обработанных сталей выполняется при определённых увеличениях.

2. На каждом микрошлифе просмотреть несколько полей, выявить участок с наиболее характерной структурой и зарисовать в отчете.

3. Контрольные вопросы

1. В наборе фотографий и схем структур найдите перлит пластинчатый, сорбит закалки, троостит закалки, мартенсит закалки, мартенсит отпуска, троостит и сорбит отпуска.

2. Дайте определение каждой структуре и поясните её особенности, укажите, какой термической обработкой её получают, какую твёрдость и вязкость она обеспечивает стали У8.

3. Найдите фотографии и схемы структур стали 45 после отжига с перегревом и стали У8 после закалки с перегревом, укажите названия и особенности этих двух структур, твёрдость и вязкость сталей с такими структурами. Укажите способ исправления структуры статей.