Задание №2. Вычертите строго в масштабе диаграмму изотермического распада аустенита стали 45Х3

Вычертите строго в масштабе диаграмму изотермического распада аустенита стали 45Х3. Нанесите на диаграмму кривые, характеризующие скорость непрерывного охлаждения стали от температуры выше точки Ас₃ (для доэвтектоидных сталей) на 40°С соответственно V₁ = 0,03 0/с и V₂ = 4,5 ⁰/с . Опишите происходящие превращения и микроструктуру, приведите схему конечной структуры и твердость стали. Определите числовые значения критической скорости закалки.

Решение. Так как заданная сталь 45Х3 доэвтектоидная, то температура, от которой производится охлаждение:

t_нач = 830 + 40⁰ С = 870⁰С.

Каждая кривая непрерывного охлаждения может быть построена, если известны координаты нескольких точек (t_і и τ_і). Ориентируясь на диаграмму изотермического распада стали 45Х3 (рисунок 2.3), определяем эти точки. Для каждой заданной скорости охлаждения выбираем произвольно по несколько периодов от начала охлаждения (τ_і). При малой скорости это тысячи секунд, а при более высокой скорости охлаждения – десятки секунд. Температуры, соответствующие выбранным точкам по времени (t_і) определяем по зависимости:

t_і = t_н – (V∙τ_і),

где t_і - температура в выбранный момент охлаждения, ⁰С;

t_н – температура начала охлаждения, ⁰С;

V – заданная скорость, град/сек;

τ_і – период охлаждения, с.

Рисунок 2.3 – Диаграмма изотермического распада аустенита стали 45Х3 и кривые охлаждения V1 и V2

Для скорости V₁ = 0,03 град/с: τ_і принимаем равными 1000, 2000, 3000, 4000 и 5000 с. Соответствующие им температуры составят:

t_і = 870 – (0,03 τ_і): 840, 810, 780, 750 и 720⁰С.

Наносим соответствующие точки на диаграмму (рисунок 2.3) и, соединяя их, получаем кривую охлаждения V₁.

Для скорости охлаждения V₂ = 4,5 град/с τ_і принимаем равными: 100, 200, 300 и 400 секунд. Соответствующие им значения температуры составят:

t_і = 870 – (4,5 τ_і): 825, 780, 735 и 690⁰С.

Наносим соответствующие точки на диаграмму изотермического распада аустенита и, соединяя их, получаем кривую охлаждения V₂.

Проанализируем процессы, происходящие в заданной легированной стали 45Х3 при охлаждении по построенным кривым непрерывного охлаждения.

При охлаждении со скоростью V₁ = 0,03 град/с аустенит не претерпевает превращений до температуры 800⁰С. Охлаждение ниже этой температуры приводит к выделению избыточной фазы – феррита. При температуре 750⁰С выделение феррита завершается, и при дальнейшем охлаждении происходит диффузионный распад оставшегося переохлажденного аустенита с образованием механической смеси двух фаз (феррита и цементита) пластинчатого строения, т.е. перлита. Распад аустенита завершается при температуре ≈ 740⁰С. Дальнейшее охлаждение до комнатной температуры не сопровождается изменениями фазового и структурного состояния стали. При комнатной температуре сталь 45Х3 будет иметь структуру, состоящую из зерен перлита и феррита, твердость составит 20…21 НRС.

При охлаждении со скоростью V₂ =4,5 град/с аустенит не претерпевает превращений до температуры 760⁰С, ниже которой начинается выделение избыточной фазы – феррита, завершающееся при температуре 740⁰С, дальнейшее охлаждение приведет к распаду переохлажденного оставшегося аустенита, как и в первом случае, на феррито-цементитную смесь (перлит). Процесс завершится при температуре 710⁰С. Дальнейшее охлаждение до комнатной температуры произойдет без изменений фазового и структурного состояния стали. При комнатной температуре сталь 45Х3 после охлаждения со скоростью V₂ также будет состоять из зерен перлита и феррита. Благодаря более высокой, по сравнению с V₁, скорости охлаждения, зерно получится более мелким, а твердость – более высокой: 22…24 НRС. Можно сказать, что при скорости V₁ произойдет отжиг, а при скорости V₂ произойдет нормализация стали 45Х3. Схематически структура будет выглядеть так (рисунок 2.4):

Рисунок 2.4 – Схема структуры стали после охлаждения

с заданными скоростями

Критическая скорость закалки определяется с помощью приведенной диаграммы изотермического распада аустенита (рисунок 2.3):

,

где t_н – температура аустенитизации (начала охлаждения), ⁰ С;

t^* и τ^* температура и время минимальной устойчивости переохлажденного аустенита.

град/с.

Задание № 3

Разработайте режимы предварительной и окончательной термической обработки деталей, заданных в индивидуальном задании для обеспечения оговоренных свойств.

При выполнении задания:

а) для стальной детали:

- указать состав стали исходя из марочного обозначения (без использования справочной литературы), ее качество, структурный класс в равновесном состоянии, общее назначение;

- описать превращения, протекающие при нагреве, выдержке и охлаждении на стадии окончательной термообработки;

- указать микроструктуру стали на поверхности и в сердцевине детали;

б) для детали из чугуна:

- исходя из марочного обозначения указать вид чугуна, его механические свойства, форму графита;

- описать превращения, протекающие на стадии охлаждения;

в) для деталей из цветных сплавов:

- указать состав сплава;

- охарактеризовать превращения, протекающие при нагреве, выдержке и охлаждении.

Все виды технологий термической обработки представить в виде графика в координатах (температура, °С - время, ч).