Цель
работы:
ознакомиться
с методикой определения критических
точек в стали. Определить точку Ас3
в углеродистой конструкционной стали.
Краткие сведения
из теории.
Научные
основы термической обработки были
впервые разработаны великим русским
металлургом Д.К. Черновым, открывшим в
1868 г. структурные превращения в стали.
Режимы термической обработки стали
связаны с критическими точками.
Точки,
соответствующие температуре превращения
одной фазы в другую называются
критическими
точками,
обозначающимися буквой А
с индексами c
и r
(c
– при нагреве, r
– при охлаждении) и цифрами. Например,
Ас3
при нагреве (или Аr3
– при охлаждении).
Для
сталей характерны следующие критические
точки. Нижняя
критическая точка, обозначаемая А1,
лежит на линии PSK
и соответствует превращению аустенит
↔ перлит (рис.1). Верхняя критическая
точка А3,
лежит на линии GSЕ
и соответствует
началу выпадения или концу растворения
феррита в доэвтектоидных сталях или
цементита (вторичного) в заэвтектоидных
сталях (рис.1).
Из-за
температурного гистерезиса превращения
при нагревании стали начинаются при
температурах несколько выше критических
точек, а при охлаждении – ниже этих точек.
Критические
точки важно знать не только для
характеристики превращений, но и для
выполнения таких операций термической
обработки стали как отжиг, нормализация,
закалка и отпуск.
Проводя
механическую или термическую обработку
сплава (в том числе и стали) важно помнить
связь: химсостав – структура – свойства.
Свойства являются функцией структуры.
Если структура не меняется в процессе
любой обработки – следовательно, не
меняются и свойства.
Для
широко применяемых сталей в промышленности
критические точки определены и
представлены в технической литературе.
Но критические точки одной стали, но
разных плавок могут несколько отличаться,
что обусловлено отклонением легирующих
элементов и примесей от среднего состава.
Рис. 1. «Стальной
участок диаграммы состояния железо-цемент.
Студенту,
который, прослушав теоретический
материал, связанный с закалкой стали,
полезно, даже необходимо познакомиться
на практике с технологией выполнения
закалки и таким методом определения
критических точек при нагревании стали
как метод пробных закалок.
При
закалке углеродистых сталей образуется
структура, которую называют мартенситом.
Мартенсит представляет собой перенасыщенный
твердый раствор углерода в Fe.
Растворимость
углерода в Fe
при комнатной температуре очень мала
(по разным литературным источникам
составляет от 0,005 до 0,01 %С). В мартенсит
переходит весь углерод, который был
растворен в исходном аустените. Поэтому
мартенсит является метастабильным
перенасыщенным твердым раствором
углерода в Fe
. Внедренные атомы углерода между атомами
железа делают решетку ОЦК тетрагональной.
Порядок
выполнения работы
1.
Каждый студент получает образец из
стали 45 (сталь 45 можно заменить любой
маркой качественной среднеуглеродистой
стали). Студенты делятся преподавателем
на небольшие группы по 3-4 человека, для
каждой из которой преподаватель назначает
температуру нагрева образцов под
закалку.
2.
Студенты записывают в таблицу 1 марку
стали, исходную структуру и твердость
образцов по Роквеллу, рассчитанную как
среднеарифметическое значение в каждой
группе и температуру нагрева под
закалку.
Таблица
1
№ |
Марка стали |
Исходная структура |
Исходная твердость |
Температура |
Твердость стали |
Структура стали |
||
По Роквеллу |
По Роквеллу |
|||||||
HRB |
HRC |
HRB |
HRC |
|||||
1 |
550 |
|||||||
2 |
700 |
|||||||
3 |
740 |
|||||||
4 |
830 |
3.
Производится нагрев образцов в печах
до температур 550 0С
, 700 0С,
740 0С
и 830 0С.
Образцы выдерживаются при указанных
температурах в среднем 1 мин на 1 мм
толщины образца и закаливаются в воде.
Каждый студент калит один образец.
4.
Отшлифовать оба торца у всех закаленных
образцов, измерить твердость по Роквеллу
и полученные данные занести в таблицу
1.
5.
Используя теоретический материал и
диаграмму состояния «железо-цементит»,
указать для образцов, нагреваемых до
различных температур, структуру,
образующуюся в результате нагрева и
выдержки и структуру – в результате
закалки.
6.
Используя значения твердости образцов,
полученных в результате закалки от
различных температур построить график
в координатах «твердость – температура
закалки» (рис.2).
HRC
0
t, 0C
Рис. 2. Влияние
температуры закалки на твердость
закаленной стали.
7.
Температура 830 0С
для стали является критической точкой
А3
+50 0С.
Укажите, почему именно температура А3
+ 30 ÷50 0С
является оптимальной температурой
нагрева под закалку для доэвтектоидных
сталей.
Контрольные
вопросы.
1.
Какую структуру имеют углеродистые
конструкционные стали в состоянии
поставки или отожженном состоянии?
2.
Каково значение полиморфных превращений
в железе и связь их с закалкой стали?
3.
Назовите оптимальную температуру
нагрева для каждой марки доэвтектоидной
стали.
4.
Укажите причину пятнистой закалки.
Почему пятнистая закалка не желательна?
5.
При какой скорости охлаждения
доэвтектоидных углеродистых сталей
образуется мартенсит?
6.
Какие структуры получаются в результате
закалки углеродистых доэвтектоидных
и заэвтектоидных сталей?
7.
Почему заэвтектоидные углеродистые
стали подвергают неполной закалке?
8.
Назовите температуру нагрева углеродистых
инструментальных сталей под закалку.
9.
Поясните, есть ли смысл подвергать
закалке низкоуглеродистые качественные
конструкционные стали?
ЛАБОРАТОРНАЯ
РАБОТА № 9
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Что такое критические точки стали
Критические точки стали или точки Чернова — критические температуры, при которых происходит изменение фазового состояния и структуры стали при нагреве или охлаждении её в твёрдом виде. Установлены Черновым Дмитрием Константиновичем в 1868 году.
Критические точки обозначают буквой А. Нижняя критическая точка соответствует линии PSK диаграммы состояния железо-углерод. Эта точка называется А1 и соответствует превращению аустенита в перлит при охлаждении или перлита в аустенит при нагреве. Верхняя критическая точка называется А3. Критическая точка А3 для доэвтектоидных сталей лежит на линии GS диаграммы железо-углерод и соответствует началу выделения феррита при охлаждении или концу его растворения при нагреве. Критическая точка А3 для заэвтектоидных сталей лежит на линии SE и соответствует началу выделения вторичного цементита при охлаждении или концу его растворения при нагреве.
В зависимости от того, при нагреве или при охлаждении определяется критическая точка, к букве А добавляется индекс “с” при нагреве (от французского слова chauffage – нагрев) и индекс ”r” (от французского слова refroidissement – охлаждение) при охлаждении с оставлением цифры, характеризующей данное превращение.
Таким образом, например, нагрев доэвтектоидной стали выше соответствующей точки на линии GS обозначается как нагрев выше точки Аc3. При охлаждении же этой стали первое превращение должно быть обозначено как Аr3, второе (на линии РSК) – как Аr1. Точку А3 для заэвтектоидных сталей обычно обозначают Аcm.
Точка Mn в таблице обозначает температуру начала мартенситного превращения.
При термической обработке сталей, значения критических точек чаще всего используют чтобы определить температуру нагрева под закалку.
Как выбрать температуру нагрева под закалку
Для доэвтектоидных сталей (содержание углерода в стали менее 0.8%) обычно выбирают температуру закалки по формуле Ас3+30…50°C. На практике встречаются случаи, когда доэвтектоидные стали закаливают с интервала температур между Ас1 и Ас3. В этом случае структура стали будет состоять из мартенсита и нерастворенного феррита. Такой процесс называется неполной закалкой и теоретически является браком. На практике к такую схему используют, чтобы снизить коробление деталей или исключить трещинообразование в высоколегированных сталях.
Заэвтектоидные стали обычно нагревают под закалку до температур Ас1+30…50°C. После закалки, структура стали будет состоять из мартенсита и вторичного нерастворённого цементита, который повышает твердость и износостойкость изделий.
Определение и расшифровка
Критические точки – это значения температуры, в результате которых меняются физические и химические свойства стального сплава.
Обозначаются такие показатели буквой А. В нижнем значении точки на графике на прямой PSK сталь имеет состояние «железо-углерод». Называют такую точку – А1, именно при этом значении аустенит превращается в перлит в процессе охлаждения материала, и перлит в аустенит при нагревании сплава. В верхней части диаграммы критическим значением является значение Аз. Для доэвтектоидных сплавов из стали Аз находится на прямой GS. При такой величине происходит выделение феррита во время процесса охлаждения железа и прекращение его растворения при нагревании. Точка Аз для заэвтектоидных стальных сплавов находится на прямой SE. При такой величине происходит выделение вторичного цементита в процессе охлаждения стального материала, и прекращается растворение при повышении температурного режима.
Обозначение критических точек при нагревании отличается от критических точек снижения температуры маленькой буквой «с» и буквой «r» соответственно, так как «с» означает «chauffage» (в переводе с французского – нагревание), а «r» — «refroidissement» (перевод – охлаждение). Также в аббревиатуре присутствует цифровое значение, характеризующее данные изменения.
Таким образом Ar1 обозначает точку, при которой аустенит превращается в перлит, а в точке Ac1 наоборот — перлит в аустенит. Величина Ar3 соответствует процессу выделения феррита в аустенит, а окончание растворения феррита в аустените – точка Ac3. Также Ar3 означает начало процесса выделения цементита из аустенита, а также точка Ac3 – конец растворения. Кроме того, при нагревании доэвтектоидного сплава выше значения линии GS (Точка А3) нередко обозначают, как точку A cm.
Аббревиатура Mn является точкой, при которой на графике начинается мартенситное превращение.
История открытия
Чернов совершил своё главное открытие в 1866—1868 годах, после изучения брака при производстве тяжёлых орудий, а также анализа практических работ Павла Аносова, Павла Обухова, Александра Лаврова и Николая Калакуцкого[1]. Он установил, что при изменении температуры сталь меняет свои свойства и проходит полиморфические превращения. Чернов вычислил точки, известные сейчас как точки Чернова
[2]. Чернов сумел правильно определить значение этих точек, как моментов полиморфических превращений в стали и даже нарисовал первый набросок фазовой диаграммы железо-углерод. В 1868 году он опубликовал результаты своих исследований в «Записках Русского технического общества». Статья называлась «Критический обзор статей гг. Лаврова и Калакуцкого о стали и стальных орудиях и собственные Д. К. Чернова исследования по этому же предмету». Многие авторы считают, что именно после публикации этой статьи металлургия превратилась из ремесла в науку[3].
Изменение состояния стали в критических точках
Критические точки при термообработках, как правило, необходимы для определения температурных режимов требуемых для закалки стали.
Линия to tn это значения при нагреве от начального охлажденного состояния точки to до плавления в точке tn. Если из мягкого стального сплава, который находится в охлажденном состоянии при сгибании и разгибании не образует трещин, увеличим до значения температуры t1 и подвергнуть изгибу, то при таком температурном режиме он способен потерять вязкость и может поломаться. Такая температура является температурой синей побежалости (или Побежалости стали), равной примерно 375 0С обозначается буквой К, такое состояние стали называется синеломкость. Если и далее продолжить подогрев, и температура при этом станет выше t1, то материал вновь станет вязким и гибким, и деталь будет постепенно удлиняться, а температура ее правильно повышаться. При дальнейшем нагревании не больше температуры t2, если быстро охладить материал, он совсем не примет закалки.
Как только температурный режим повысится до значения точки t2, сталь перестает удлиняться, температура не повышается и даже начинает постепенно понижаться. Если медленно охлаждать деталь из стали, которая была раскалена не выше температуры точки t2, брусок, в температурном режиме в точке t2, прекращает укорачиваться, а температура его не только не понижается, но, даже не смотря ни на что, начинает повышаться и сталь становится светлее. Такая критическая точка может меняться в зависимости от твёрдости стали. Температура критических точек при этом варьируется от 580 до 680 градусов, а называют такое явление рекалесценцией, само нагревом либо бликованием. В этих критических точках у стального сплава происходят химические изменения. При нагреве стального материала с карбидом в точке t2 происходит распад с выделением углерода, с растворением в железной массе. Если медленно охлаждать материал, то в t2 происходит соединение углерода и стали в карбид. При этом в первом случае происходят процессы, связанные с поглощением тепла, а во втором ее выделение.
Критическую точку t2 в семидесятых годах заметил ученый Д. К. Чернов, который предложил определять её значение в следующем виде: стальной материал при нагревании ниже данного значения, не способен закаливаться. Критические точки представляют собой температурные режимы, способные изменять фазовые состояния и структуру сплава путем нагревания или охлаждения детали. Если и дальше подогревать стальной материал, но не выше температурного значения t3, сталь, несмотря на то, что способна принимать закалку, не будет менять свою структуру при медленном или быстром понижении температурного режима, и останется такой же, что и была до нагревания. При повышении температуры до значений Чернова с температурой t3, происходит быстрая перегруппировка, так как охлажденный материал изменяет свое структурное состояние из крупного в мелкозернистое. Такая температура позволяет добиться того, что размягчённые зёрна стального сплава крепко соединяются и превращаются воскообразный материал с аморфным сложением, который при понижении температуры ниже значения t3 не меняется. Медленное охлаждение детали, нагретой выше температурного режима точки t3, вызывает вновь распадение стального материала на зёрна, а сама кристаллизация зависит от дальнейшего изменения температурного режима дальше от точки t3 справа и от временного промежутка, который прошел до её понижения до критического значения t3. Такой процесс кристаллизации можно прекратить путем быстрого охлаждения детали до температуры критических точек ниже t3, то есть до точек, где уже не происходит процесс кристаллизации. Таким образом, критические точки при значении t3 означают границу, при которой заканчивается процесс кристаллизация при охлаждении раскалённого стального сплава. Эта критическая точка имеет значение от 700 до 800 градусов цельсия, что зависит от состава стального сплава и от содержания частиц углерода.
Помимо всех перечисленных выше явлений, по новым результатам исследований Осмонда, в такой точке происходит превращение стали из одного состояния в другое.
Благодаря исследованиям в области плавления сплавов, было выявлено, что в незакаленном или хорошо отожжённом стальном сплаве, железный материал имеет мягкое состояние, в закаленном же — твёрдое. При нагреве незакаленного сплава, металл при значении t3 изменяет состояние, при этом происходит поглощение теплоты. Если медленно охлаждать раскаленную деталь до критических точек выше значения t3, в при таких величинах сплав изменяет свое состояние, выделяя тепло.
Такое изменение требует некоторого времени, при нехватке которого переходить в другое состояние или вовсе не имеет смысла, или же такой переход совершается не полностью. Таким образом, при быстром охлаждении сталь становится твердее, а при медленном стальной сплав становится мягким. Критические точки не бывают постоянными и зависят от величины твердости сплава. Стальной материал становится еще мягче при удалении от точки t0. При этом значение критических точек зависит от сорта стального материала, который преобразуется при температуре от 700 до 855 градусов цельсия.
Отрывок, характеризующий Точки Чернова
Анна Павловна по прежнему давала у себя в свободные дни такие вечера, как и прежде, и такие, какие она одна имела дар устроивать, вечера, на которых собиралась, во первых, la creme de la veritable bonne societe, la fine fleur de l’essence intellectuelle de la societe de Petersbourg, [сливки настоящего хорошего общества, цвет интеллектуальной эссенции петербургского общества,] как говорила сама Анна Павловна. Кроме этого утонченного выбора общества, вечера Анны Павловны отличались еще тем, что всякий раз на своем вечере Анна Павловна подавала своему обществу какое нибудь новое, интересное лицо, и что нигде, как на этих вечерах, не высказывался так очевидно и твердо градус политического термометра, на котором стояло настроение придворного легитимистского петербургского общества. В конце 1806 года, когда получены были уже все печальные подробности об уничтожении Наполеоном прусской армии под Иеной и Ауерштетом и о сдаче большей части прусских крепостей, когда войска наши уж вступили в Пруссию, и началась наша вторая война с Наполеоном, Анна Павловна собрала у себя вечер. La creme de la veritable bonne societe [Сливки настоящего хорошего общества] состояла из обворожительной и несчастной, покинутой мужем, Элен, из MorteMariet’a, обворожительного князя Ипполита, только что приехавшего из Вены, двух дипломатов, тетушки, одного молодого человека, пользовавшегося в гостиной наименованием просто d’un homme de beaucoup de merite, [весьма достойный человек,] одной вновь пожалованной фрейлины с матерью и некоторых других менее заметных особ. Лицо, которым как новинкой угащивала в этот вечер Анна Павловна своих гостей, был Борис Друбецкой, только что приехавший курьером из прусской армии и находившийся адъютантом у очень важного лица. Градус политического термометра, указанный на этом вечере обществу, был следующий: сколько бы все европейские государи и полководцы ни старались потворствовать Бонапартию, для того чтобы сделать мне и вообще нам эти неприятности и огорчения, мнение наше на счет Бонапартия не может измениться. Мы не перестанем высказывать свой непритворный на этот счет образ мыслей, и можем сказать только прусскому королю и другим: тем хуже для вас. Tu l’as voulu, George Dandin, [Ты этого хотел, Жорж Дандэн,] вот всё, что мы можем сказать. Вот что указывал политический термометр на вечере Анны Павловны. Когда Борис, который должен был быть поднесен гостям, вошел в гостиную, уже почти всё общество было в сборе, и разговор, руководимый Анной Павловной, шел о наших дипломатических сношениях с Австрией и о надежде на союз с нею. Борис в щегольском, адъютантском мундире, возмужавший, свежий и румяный, свободно вошел в гостиную и был отведен, как следовало, для приветствия к тетушке и снова присоединен к общему кружку. Анна Павловна дала поцеловать ему свою сухую руку, познакомила его с некоторыми незнакомыми ему лицами и каждого шопотом определила ему. – Le Prince Hyppolite Kouraguine – charmant jeune homme. M r Kroug charge d’affaires de Kopenhague – un esprit profond, и просто: М r Shittoff un homme de beaucoup de merite [Князь Ипполит Курагин, милый молодой человек. Г. Круг, Копенгагенский поверенный в делах, глубокий ум. Г. Шитов, весьма достойный человек] про того, который носил это наименование.
Как правильно определить температурный режим необходимый для закалки?
Температуру при закалке доэвтектоидной стали, т.е. сплавов из стали с присутствием углерода меньше 0,8 процента, определяют по формуле А с3+30…50C. Но бывают случаи, когда доэвтектоидная сталь закаливается при критических точках от точки А с1 до А с3. При этом сталь будет иметь структуру состоящую из нерастворённых мартенсита и феррита. Все это является процессом неполной закалки стали и фактически считается браком. В производстве такое явление используется для снижения коробления деталей либо для исключения образования трещин в высоколегированных видах стали.
Заэвтектоидный стальной сплав при закалке нагревается до температурных режимов критических точек А с1+30-50C. По окончании процесса закалки стальной материал будет иметь структуру из вторичного нерастворённого цементита и мартенсита. Такой процесс позволяет повысить твёрдость и износостойкость продукции из стали.
- Конструкционная сталь
- Инструментальная сталь
- Магнитная сталь
Предмет
Материаловедение
Разместил
🤓 MerNavare
👍 Проверено Автор24
температура окончания превращения избыточного феррита в аустенит при нагреве доэвтектоидной стали; зависит от содержания углерода в стали, расположена на линии GS диаграммы Fe -C.
Научные статьи на тему «Ас3»
Издержки производства фирмы в длительном периоде
начнётся их постепенный рост (на представленном рисунке это видно при переходе от кривой АС1 к кривой АС3…
, а затем от кривой АС3 к кривой АС5)….
Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Если соединить точки минимума кривых АС1, АС2, АС3 и т.д.
Статья от экспертов
Влияние скорости нагрева на точку Ас3 и на размер зерна аустенита
Исследования выполнены на универсальной установке скоростного непосредственного электронагрева с одновременной регистрацией дилатометрической и термической кривых нагрева стали Cт6. Изучали влияние скорости нагрева от 0,1 до30С/с на положение точки АС3, размер начального зерна аустенита и рост аустенитного зерна при нагреве до 1000С. Точку АС3 определяли на дилатометрической и термической кривых и уточняли металлографически на оптическом и электронном микроскопах. Точка АС3 повышается при увеличении скорости нагрева от0,1 до 10С/с примерно на 40С, а размер начального аустенитного зерна, наоборот, значительно уменьшается. Наиболее интенсивно аустенитное зерно растётпри медленном повышении температуры нагрева до 1000С.
Определение критических значений температуры Ас1 и Ас3 в сталях системы легирования х2г2с2мф с помощью дилатометрического метода и метода пробных закалок
Для сталей системы легирования Х2Г2С2МФ с содержанием углерода от 0,17 до 0,44 % определены критические значения температуры Ас1 и Ас3 методом пробных закалок, а также дилатометрическим методом. В рамках дилатометрического метода использовали высокоскоростной закалочный дилатометр. Определено, что температурный интервал Ас1-Ас3 сужается с повышением содержания углерода в сталях системы легирования Х2Г2С2МФ, однако критические значения температуры, определенные двумя методами, отличаются. Температура Ас1, определенная дилатометрическим методом, для сталей с содержанием углерода от 0,17 до 0,29 % находится на уровне 700 °С, при использовании метода пробных закалок на уровне 740 °С. Температура Ас3, определенная дилатометрическим методом, для стали с содержанием углерода 0,44 % находится на уровне 730 °С, при использовании метода пробных закалок на уровне 760 °С. Проанализировано изменение микроструктуры и твердости сталей после нагрева на различные температуры. В результате анализа ус…
Повышай знания с онлайн-тренажером от Автор24!
- Напиши термин
- Выбери определение из предложенных или загрузи свое
-
Тренажер от Автор24 поможет тебе выучить термины с помощью удобных и приятных
карточек