Лабораторная работа 4

Влияние структуры и размера зерна на ударную вязкость стали

4.1. Цель работы: ознакомиться с методом испытания стали на удар; исследовать влияние размера зерна на ударную вязкость; исследовать влияние микроструктуры на ударную вязкость.

4.2. Теоретическая часть

Испытание на ударную вязкость производится на маятниковом копре, позволяющем определить работу, затраченную на разрушение образца. При чем определяется удельная работа разрушения КСИ (КCV), которая называется ударной вязкостью:

КСU = , (4.1.)

где Ар - общая работа разрушения образца в кГм; F - площадь поперечного сечения образца в см². В системе СИ единицей измерения ударной вязкости является МДж/м². Чтобы перевести единицы измерения кгм/см² в МДж/м², следует полученную величину разделить на 10

Испытания на удар проводятся на стандартных образцах согласно ГОСТ 9454-78 (рисунок 8.1).

Рисунок 4.1. Образцы для испытания на удар

Испытание осуществляется на маятниковом копре МК-30 (рисунок 4.2). Работа деформации и разрушения образца отсчитывается по шкале, градуированной в килограммометрах, при помощи специального измерительного приспособления. При установке маятника в начальное положение ролик поднимает стрелку циферблата на величину, пропорциональную высоте подъема центра тяжести маятника. После разрушения ролик поднимает вторую стрелку циферблата на высоту, пропорциональную, неизрасходован­ной энергии. Разность между показателем стрелок на циферблате укажет на величину, пропорциональную разности высот центра тяжести маятника до и после удара, т.е. пропорционально работе, затраченной на деформацию и разрушение образца.

Градуировка на шкале циферблата сделана в килограммометрах.

Рисунок 4.2. Схема копра для испытания на удар

Рисунок 4.3. Схема шкалы циферблата маятникового копра

На значение ударной вязкости большое влияние оказывает структуру сплава, которая изменяется под влиянием тепловой обработки и легирования. Из структурных факторов важными являются: размер зерна, однородность твердого раствора, форма и размеры основной и упрочняющей зоны, состояние границ зерен, количество дефектов кристаллического строения металлов, количество, размеры, форма неметаллических включений и др.

В стали основными структурными составляющими являются феррит и цементит, которые могут образовывать смеси; перлит, сорбит, троостит. Если эти смеси являются продуктами распада аустенита, они имеют пластинчатое строение, если образуются (за исключением перлита) при распаде мартенсита (структуры закаленной стали) - имеют зернистое строение. Зернистая структура обеспечивает: больший запас ударной вязкости в сравнении с пластинчатой. Зарождение и развитие трещин легче проходит по пластинам структуры, чем между зернистыми выделениями какой-либо фазы. Чем меньше размер зерна в стали, тем больше ударная вязкость, так как границы зерен являются барьерами для развития трещин из одного зерна в другое.

4.З. Порядок проведения работы

4.3.1.. Получить три образца шипа марки стали 45 (4ОХ, 4ОХН и др.).

Один образец нагреть до 950-1000 °С, выдержать в течение часа, охладить на воздухе, второй нормализовать с температуры 860 °С (выдержка, 10 минут), третий закалить с 860 °С в воде и под­вергнуть отпуску при 650 °С в течение I часа, четвертый обра­зец той же стали размером 10 х 10 х 20 закалить в воде с 860 °С.

4.3.2. Разрушить методом удара все три образца и подсчитать значения удельной работы разрушения. Данные занести в табл.4.1.

Таблица 4.1. Данные разрушения стали 45 методом удара

4.3.3. Из половинок ударных образцов изготовить микрошлифы, изучить структуру и определить размер зерна, кроме улучшенных. Данные занести в табл.4.2

Таблица 4.2. Размеры зерна и тип структуры в испытуемой стали

4.3.4. Сделать вывод о влиянии типа структуры и размера зерна на ве­личину ударной вязкости.

4.3.5. Измерить и сопоставить величину утяжки образцов. Изучить и за­рисовать изломы образцов.

4.4. Требования к отчету

4.4.1. Определить цель.

4.4.2. Зарисовать эскизы образцов.

4.4.3. Привести результаты испытаний, сведенные в таблицы.

4.4.4. Дать анализ влияния структуры на ударную вязкость.

4.4.5. Сделать выводы

4.5. Вопросы для подготовки

1. Какой режим термической обработки обеспечивает пластинчатую структуру в стали 45?

2. Какой режим термической обработки обеспечивает зернистую

структуру в стали 45?

3. Как оценивается ударная вязкость образцов?

4. Как влияет пластинчатая форма карбидной фазы в сравнении с зернистой формой на ударную вязкость сталей?

5. Как влияет размер зерна на ударную вязкость стали?

б. Что такое "ударная вязкость"?

7. Единицы измерения ударной вязкости.