5 заданий по материаловедению, вариант 4. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска шпинделей для станков из стали МСт6, котор.

Задание 1 Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска шпинделей для станков из стали МСт6, которые должны иметь твердость 35... 40 НRС. Опишите микроструктуру и свойства изделий. Закалка и отпуск проводятся в комплексе с целью повышения механической прочности и твердости и сохранения достаточно вязкой структуры. Закалка — это нагрев стали на 30…50 С выше температуры фазовых превращений, выдержка при этой температуре и последующее очень быстрое охлаждение в воде или в масле. Полученные при быстром охлаждении структуры являются нестабильными, они представляют собой различные стадии превращений аустенита ( мартенсит, троостит, сорбит ). Доэвтектоидные стали (к которым относится рассматриваемая сталь) при закалке нагревают на 30 …50 С выше точки Ас3 ; феррит и перлит образуют однородный твердый раствор аустенита. Если охлаждение металла проводить медленно, то будут происходить обычные фазовые превращения в соответствии с диаграммой железо- углерод. При очень быстром охлаждении аустенит не успевает изменить свою фазу при температурах ниже 727 С , а в диапозоне температур 300…350 С и ниже с ним происходят так называемые аустенитные превращения и образуется мелкоигольчатый мартенсит. Это будет полная закалка. А если нагреть сталь в интервале Ас1 .. Ас3, то будет неполная закалка (частичная перекристаллизация стали). Вслед за закалкой стальные изделия обычно подвергают отпуску, поскольку в закаленном состоянии сталь слишком тверда и хрупка и находится в напряженном состоянии. При отпуске закаленную на мартенсит сталь нагревают до температуры ниже 727 °С. Основное превращение при отпуске стали – распад мартенсита. Выделение карбида из пересыщенного раствора и уменьшение концентрации углерода до равновесной концентрации в феррите происходит при нагревании закаленной стали до 400 °С. При нагреве до 100 °С происходит собирание атомов углерода в отдельных участках решетки мартенсита. Затем в интервале 100 – 200 °С наблюдается образование промежуточного карбида железа, отличного от устойчивого карбида Fe3C. При 150 – 250 °С тетрагональная ячейка мартенсита становится кубической. Выше 200 °С начинается образование частиц Fe3C, которые затем постепенно укрупняются и сфероидизируются. Остаточный аустенит интенсивно распадается при 200 – 300 °С на феррит и промежуточные карбиды. После нагрева ниже 300 °С видимых изменений структуры не наблюдается. Отпуск при 300 – 450 °С приводит к исчезновению мартенсита и появлению игольчатого троостита, в котором полностью обособляются частицы цементита. Выше 400 °С наблюдается укрупнение частиц цементита. Карбид образуется в пределах исходных мартенситных игл. Поэтому микроструктура отпущенной стали сохраняет игольчатый характер и похожа на мартенсит. Этим двухфазная феррито-карбидная смесь, получающаяся при распаде мартенсита, отличается от феррито-цементитной смеси, образующийся при распаде переохлажденного аустенита. Нагрев до 500 – 600 °С приводит к образованию сорбита отпуска, в котором частицы цементита приобретают округлую форму и размер около 0,1 мкм. При нагреве до 650 – 700 °С возникает перлит отпуска с глобулярными частицами цементита размером около 0,5 мкм. Перечисленные изменения структуры сопровождаются соответствующими изменениями механических свойств. Структуру, получающуюся при отпуске стали ниже 300 °С, называют отпущенным мартенситом: она отличается от мартенсита закалки большей травимостью из-за дисперсных выделений карбида. После отпуска в интервале 300 – 450 °С обнаруживается особенно сильно травящаяся игольчатая структура, которую называют трооститом отпуска. Сильная травимость троостита отпуска обусловлена высокой дисперсностью этой двухфазной смеси. При отпуске в интервале 450 – 650 °С получается сорбит отпуска. Цементит в нем находится в виде сферических частиц (в отличие от пластинчатого цементита, образующегося при распаде переохлажденного аустенита при нормализации стали). Двухфазное строение сорбита отпуска отчетливо выявляется при небольших увеличениях. На практике применяют низкотемпературный, среднетемпературный и высокий отпуск. В зависимости от температуры различают: низкий отпуск » 200 °С; средний отпуск » 400 °С; высокий отпуск » 600 °С. Высокий или высокотемпературный отпуск выполняют при 500-680°С с целью получения сорбита отпуска. В результате отпуска почти полностью снимаются возникшие при закалке напряжения и образуется специфическая форма цементитных частиц - короткие пластинки с округленными краями. Такая структура обеспечивает наилучшее соотношение между прочностными и пластическими свойствами, высокую ударную вязкость, снижая температуру верхнего и нижнего порога хладноломкости. Высокому отпуску подвергают сталь и получают структуру с твердостью 35-40 НRС.

Задание 1 3 Задание 2 6 Задание 3 9 Задание 4 12 Задание 5 14 Список литературы 16

1. Корягин С.И., Пименов И.В., Худяков В.К. Способы обработки материалов:Учебное пособие / Калинингр. ун-т – Калининград, 2000. – 448 с
2. Масленков С.Б. Жаропрочные стали и сплавы. – М.: Металлургия, 1988. – 190 с.
3. Материаловедение и технология материалов /В.Т. Жадан, П.И. Полухин, А.Ф. Нестеров и др. – М..: Металлургия, 1994. – 624с.
4. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. – М.: Металлургия. 1993. – 448с.
5. Материаловедение и технология металлов/Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.Н. Матюнин и др.; Под ред. Г.П. Фетисова. – М.: Высшая школа, 2000. – 638с.