Исследования свойств штамповой стали после термической обработки

Классификация инструментальных сталей. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства штамповых сталей. Химический состав стали 4Х5МФ1С. Влияние температуры закалки на структуру и твердость материала. Оценка аустенитного зерна и износостойкости.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 19.02.2011
Размер файла 492,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Кроме того, присутствует экономический эффект, так как варьирование температур закалки и отпуска поможет снизить потери материала при изготовлении инструмента за счет уменьшения припуска на обезуглероженный слой.

1.4 Цель исследования

1. Изучить зависимость твердости от температуры закалки и отпуска. Показать, что сталь склонна к вторичному твердению.

2. Изучить зависимость глубины обезуглероженного слоя от температуры закалки.

3. Изучить зависимость размера аустенитного зерна, а значит и пластических свойств, от температуры закалки.

4. Изучить зависимость износостойкости стали от температуры отпуска и типа нанесенного покрытия.

5. Выявить микроструктуру закаленной стали и закономерности растворения карбидов при закалке.

2. Методика исследования

2.1 Материал и обработка

Для проведения исследования была выбрана штамповая сталь для горячего деформирования марки 4Х5МФ1С, выплавленная в условиях завода «Электросталь». Выплавка, разливка и другие операции производились согласно действующей технологической инструкции. Химический состав стали представлен в табл. 4.

Таблица 4. Химический состав стали 4Х5МФ1С

C

Si

Mn

Cr

W

V

Mo

Ni

0,32

1,05

0,35

5,00

-

1,10

0,80

-

После выплавки сталь была подвергнута горячей пластической деформации (ковке). Начало ковки при 1160оС, конец - при 850оС. Охлаждение после ковки замедленное. В качестве предварительной термической обработки использовался отжиг, предназначенный для измельчения зерна и получения низкой твердости. Температура отжига составила 850оС. В состоянии поставки сталь имела структуру зернистого перлита.

Далее из поковки диаметром 250 мм были вырезаны образцы размером 10Ч10Ч55 мм и подвергнуты окончательной термической обработке в цеховых условиях. Образцы с маркировочными номерами 1, 12, 24, 42, 59 были закалены в камерной печи на температуры 950, 1 000, 1 050, 1 070 и 1 100°C. Охлаждение производилось в масле. Образцы с номерами 2, 30, 31, 34, 35, 69, 70, 89, 91, 92 закалены с температуры 1 070°C и подвергнуты отпуску с разными температурными режимами. Кроме того на образцы 30, 89, 91 были нанесены покрытия из нитрида и оксинитрида титана.

Таблица 5. Режимы термообработки экспериментальных образцов

Маркировка образца

Термическая обработка

Температура закалки, оС

Температура отпуска, оС

1

1

950

-

2

12

1 000

-

3

24

1 050

-

4

42

1 070

-

5

59

1 100

-

6

35

1 070

230

7

34

1 070

310

8

31

1 070

400

9

70

1 070

530

10

91

1 070

550

11

30

1 070

570

12

92

1 070

570

13

89

1 070

600

14

69

1 070

650

15

2

1 070

660

2.2 Методы эксперимента

2.2.1 Выявление микроструктуры

Для изучения микроструктуры образцов необходимо, чтобы их поверхность была специально приготовлена. Изготовление микрошлифа сводится к выполнению следующих операций: шлифование, полирование и травление.

Шлифование производилось на шлифовальной бумаге с постепенным переходом от бумаги марки № 12-3 с зернистостью от 125 до 20 мкм к бумаге марки М40-М5 с зернистостью от 28 до 3,5 мкм (ГОСТ 6456-75).

При переходе от одного номера зернистости к другому образец очищался от абразива и менялось направление шлифования на 90° для полного удаления всех рисок, образовавшихся во время предыдущей операции.

Полировка производилась на специальном полировальном станке, диск которого обтянут фетром, с помощью полировальной жидкости. После полировки образец был промыт водой и высушен фильтровальной бумагой.

Для выявления микроструктуры полированную поверхность микрошлифа подвергали травлению. Выбор состава травителя при этом зависел от конкретной поставленной задачи. В работе использовались следующие реактивы:

1) для выявления аустенитного зерна - пятипроцентный спиртовой раствор пикриновой кислоты, усиленный добавками 0,5-1% алкил-сульфата натрия;

2) для отделения реплик при электролитическом травлении применялся десятипроцентный спиртовой раствор азотной кислоты;

3) для выявления микроструктуры при электролитическом травлении - спиртовой раствор треххлористого железа и лимонной кислоты (0,5 г. FeCl3, 0,5 г. лимонной кислоты, 25мл. спирта).

2.2.2 Методика измерения твердости на приборе Роквелла

Измерение твердости производилось на приборе Роквелла с помощью алмазного конуса с углом при вершине 120° и радиусом закругления в вершине конуса 0,2 мм [12]. Суммарная нагрузка составила 1 500 Н (шкала С). Отсчет производился по черной шкале. Перед работой прибор проверялся с помощью эталона соответствующей твердости, после чего вносилась поправка в полученные значения твердости. Количество произведенных измерений не менее пяти для каждого образца.

2.2.3 Методика измерения микротвердости

Для определения микротвердости исследуемых материалов использовался микротвердомер ПМТ-3 с увеличением 480 крат, принцип работы которого заключается в том, что четырехгранная алмазная пирамида (с углом при вершине между противоположными гранями 136) вдавливается в испытуемый металл под нагрузкой 2 Н.

Длина диагонали отпечатка определялась по формуле

Значения микротвердости определялись по формуле

(1)

где P - нагрузка на пирамиду, г;

d - длина диагонали отпечатка, мкм.

При измерении необходимо учитывать неизбежный разброс полученных значений вследствие влияния соседних структурных составляющих с иной твердостью, различной толщины испытуемых элементов структуры, ошибки измерения и других причин. Для возможности статистической обработки результатов эксперимента на каждом образце проводили не менее шестидесяти замеров.

2.2.4 Методика определения глубины обезуглероженного слоя

Глубину обезуглероженного слоя определяют различными способами:

1) металлографическими методами, сущность которых заключается в определении глубины обезуглероженного слоя по структуре под микроскопом после соответствующей термообработки и травления;

2) методом замера термоэлектродвижущей силы на обезуглероженной и необезуглероженной поверхностях образца;

3) методом замера твердости;

4) химическим методом. [13]

В данной работе использовались методы замера твердости и микротвердости.

Метод замера твердости заключается в замере твердости образцов, подвергнутых термической обработке [13]. Замеры твердости производились на приборе Роквелла по ГОСТ 9013-59 непосредственно на поверхности образцов. Образец считали необезуглероженным, если его твердость соответствовала норме твердости, установленной по измерениям на необезуглероженной поверхности. В противном случае с поверхности снимался слой металла толщиной до 0,02 мм, и измерения повторялись. Количество проведенных измерений в каждом случае не менее пяти.

Метод замера микротвердости был реализован с помощью микротвердомера ПМТ-3. При измерениях учитывалось расстояние от обезуглероженной поверхности образца. Для возможности статистической обработки полученных данных было проведено по 10 замеров на каждом зафиксированном расстоянии от поверхности.

2.2.5 Выявление и определение величины аустенитного зерна

Выявление аустенитного зерна

Выявление зерна можно производить различными способами: методом окисления, методом цементации, методом нормализации, методом высокотемпературной металлографии [14].

В данной работе был использован метод окисления. Одна плоскость образцов заданной марки стали была последовательно отшлифована на грубой и тонкой наждачной бумаге. Приготовленные образцы помещены в печь обработанной стороной вверх. Заданный технологический режим находился под контролем. Известно, что кислород атмосферы печи, окисляя поверхность металла, наиболее интенсивно проникает по границам аустенитных зерен, и декорирует их. Образцы, охлажденные в воде и отшлифованные тем же номером наждачной бумаги с расчетом, чтобы на поверхности шлифа сохранилось 10-12% окалины (т.е. делался косой шлиф), были отполированы и потравлены [7].

В качестве травителя был применен пересыщенный водный раствор пикриновой кислоты, который сильнее воздействовал на участки, обогащенные кислородом. Избирательное действие пикриновой кислоты усиливалось добавками 0,5-1% алкил-сульфата натрия, а также травлением с той же добавкой в течение 40-50 минут при 80-85оС. По окончании травления шлиф был промыт холодной водой. Произведенное далее легкое полирование улучшило четкость выявленных границ, так как позволило удалить следы травления, окрашивающие поверхности зерен в разные цвета. [1]

Определение величины аустенитного зерна

Определение величины зерна может быть выполнено различными методами. В данной работе использованы следующие из них:

1) метод визуального сравнения видимых под микроскопом зерен с эталонной шкалой;

2) метод случайных секущих;

3) метод измерения длин хорд.

Метод определения величины зерна сравнением с эталонными шкалами. Величину зерна в работе определяли методом сравнения под микроскопом при увеличении 400 путем просмотра площади шлифа и сравнения видимых зерен с эталонной шкалой на увеличение 400 [14].

После просмотра десяти полей зрения шлифа, был установлен номер зерна, по которому можно дать количественные характеристики структуры, в частности, расчетный диаметр зерна.

Метод случайных секущих. Метод состоит в подсчете пересечении границ зерен случайной секущей. Такой секущей служит средняя линия окуляр - микрометра. Данным методом определяется средний условный диаметр - в случае равноосных зерен или количества зерен в 1 мм3 - в случае неравноосных зерен.

Для определения среднего размера зерен исследуемый образец был установлен на микроскоп и подсчитано количество зерен (число пересечений), укладывающихся на длине линейки окуляра. Увеличение микроскопа подобрано таким образом, чтобы на длине линейки окуляра укладывалось не менее 10 зерен.

Таких подсчеты были сделаны в пяти полях зрения для каждого образца.

Средний условный диаметр зерна (dср)

dср = (L/n) Ч Z, мм (2)

где L - суммарная длина всех отрезков в делениях окуляр-микрометра;

n - общее число зерен, пересеченных отрезками, длиной L;

Z - цена деления окуляр-микрометра для увеличения, при котором проводили подсчет пересечений зерен.

Для определения цены деления окуляр-микрометра вместо шлифа на столик микроскопа в работе устанавливали объект-микрометр, представляющий собой пластину, в центре которой имеется линейка с известной ценой деления (0,01 мм). После совмещения начальных делений обеих шкал объект-микрометра и окуляр-микрометра было подсчитано количество совпадающих делений. Цена деления окуляр-микрометра

Z = (с/а) Ч 0,01, мм (3)

где а - количество совпадающих делений окуляр-микрометра;

с - количество совпадающих делений объект-микрометра [8].

Метод измерения длин хорд. Метод основан на замере линейных размеров отрезков - хорд, отсекаемых в зернах прямыми линиями (линейкой окуляр-микрометра). Общее количество измерений зависит от однородности величины зерна, требуемой точности и достоверности результатов [14].

Замеры хорд были проведены по нескольким линиям в произвольном направлении на шлифе. Подсчитывалось количество длин хорд каждого размера по всем линиям.

Относительная длина зерен в процентах с определенной длиной хорды, соответствующей номеру группы

[li Ч ni/?(li Ч ni)] Ч 100, % (4)

где li - длина хорды в i-ой группе;

ni - количество зерен с длиной хорды l;

?(li Ч ni) - общая длина хорд всех групп.

По результатам измерений хорд построены гистограммы распределения хорд. Для того чтобы гистограмма правильно отражала закон распределения, весь массив хорд разбит на группы (интервалы), число которых не менее 8.[8]

Для статистической обработки экспериментальных данных и для нахождения точности фиксировалось общее количество зерен, подвергшихся измерениям. Количество произведенных замеров не менее 150 для каждого образца.

2.2.6 Методика нанесения покрытий

На образцы № 91, 30, 89 были нанесены покрытия из нитрида и оксинитрида титана. Покрытия наносились на установке для ионно-плазменной имплантации с титановым катодом (рис. 11). Перед нанесением покрытий образцы предварительно были отполированы и обезжирены в ультразвуковой ванне (Branson 3210).

Перед проведением работы в установке создавался вакуум 1Ч10-3 Па с помощью форвакуумного, а затем турбомолекулярного насоса.

Образец помещали в вакуумную камеру и обрабатывали в плазме аргона в течении десяти минут для очистки поверхности от загрязнений (давление аргона 0,5 Па).

Для нанесения покрытия в установку осуществлялся напуск азота и кислорода в различном соотношении и подавалось напряжение на титановый катод. Полученная в результате распыления катода плазма оседала на поверхности образца, создавая покрытие. Давление аргона и азота в камере составляло 6Ч10-2 Па; давление кислорода равнялось 6Ч10-2 Па и 2Ч10-2 Па для образцов 30 и 91 соответственно.

На образец также подавали отрицательное напряжение (2,5 В), необходимое для лучшего сцепления наносимого покрытия с поверхностью образца.

Напыление покрытия продолжалось в течение пяти минут. После завершения работы в установку напускали воздух из атмосферы и вынимали образец.

2.2.7 Определение износостойкости

Измерения износостойкости были выполнены с использованием трибометра МАТ GmbH. Применялся метод трения «шарика по диску». Шарик, диаметром 3 мм, был выполнен из твердого сплава ВК6. Перед испытаниями шарик и образец очищались в спиртовой ультразвуковой ванне (Branson 3210) в течении 5 минут для удаления поверхностных загрязнений. Далее образец наклеивался на подложку и помещался в трибометр, где его поверхность приходила в соприкосновение с нагруженным шариком (нагрузка на шарик 300 г.). Частота колебаний шарика составляла 3 Гц. Через заданное число циклов прибор автоматически отключался. В работе применялись два режима: 5 000 и 40 000 циклов.

Глубина и сечение следа трения измерялись на профилометре Dektak 8 000. Количество проведенных измерений сечения не менее пяти для каждого следа трения. По полученным данным рассчитывался вынесенный объем материала, по которому можно сравнительно оценить износостойкость. [15]

Также с помощью оптического микроскопа оценивался износ шарика, что позволило проверить достоверность полученных результатов. [15]

2.2.8 Электронная микроскопия

Для изучения карбидной фазы в данной работе применялась просвечивающая электронная микроскопия - метод анализа внутренней структуры и фазового состояния материалов. Анализ проводился с помощью электронного микроскопа ЭМ-200 при увеличениях 3 300 и 8 400.

Методика исследования заключается в получении тонких слепков (реплик), снятых с протравленной поверхности образца и отображающих его рельеф, и последующем просвечивании коротковолновыми электронными волнами для получения визуального изображения. [10]

Для возможности непосредственного наблюдения карбидов применялась углеродная реплика, которая была получена на вакуумной напылительной установке ВУП-4. Для отделения реплики использовалось электролитическое травление в десятипроцентном спиртовом растворе азотной кислоты при напряжении на катоде два вольта. Материал шлифа являлся анодом, катод был сделан из нержавеющей стали. Время отделения реплики порядка шести минут.

Определение размеров карбидов производилось непосредственно под электронным микроскопом при увеличении 8 400 путем сравнения с эталонной шкалой и последующим учетом увеличения микроскопа. Число измерений не менее 150. Весь размерный массив измерений был разбит на восемь групп, которые отражены в гистограммах распределения размеров карбидов.

2.2.9 Определение количественного соотношения структурных составляющих в сплаве

Объемные соотношения структурных составляющих определяют по их площади на плоскости шлифа. В основе метода лежит математический принцип Кавальери, согласно которому доля фазы (б) в объеме (V) сплава, на площади (F) шлифа и на секущей линии (L), равны друг другу

V? = ?F? = ?L? = n?/n. (5)

Широкое применение нашел линейный метод определения количественного соотношения структурных составляющих (метод Розиваля). По этому методу площади фаз вычисляют по длинам отрезков линейки, попавших на данную фазу [11].

В данной работе метод Розиваля был реализован на фотографиях, сделанных с электронного микроскопа.

Было определено число делений шкалы, попавших на карбидную фазу (?а) в 10 полях зрения и вычислено объемное содержание карбидов по формуле

Vк = (?aср/L) Ч 100%, (6)

где ?aср - средняя сумма отрезков шкалы в делениях линейки, попавших на карбиды;

L - длина всей шкалы (в делениях линейки), L = 100 мм.

2.2.10 Оценка ошибки измеряемых величин

Постановка исследования и способ отбора данных по выбранной методике должны обеспечивать надежность результатов и их точность, достаточную для решения конкретной задачи. Точность эксперимента определяется методами математической статистики с использованием нижеприведенных характеристик.

1. Математическое ожидание случайной величины Х (выборочное среднее)

, (7)

где Xi - i-ое значение измерения;

n - число измерений.

2. Среднее квадратичное отклонение Sх

, (8)

где н - число степеней свободы, н = n-1.

3. Дисперсия случайной величины Х

. (9)

4. Стандартное отклонение среднего результата

. (10)

5. Величина доверительного интервала ?Х при заданной доверительной вероятности (Р = 0,95)

?Х = t(н, Р) Ч , (11)

где t(н, Р) - коэффициент Стьюдента, зависящий от числа произведенных измерений.

6. Относительная ошибка результата серии измерений

е = . (12)

Окончательный результат записывается в виде

Х = ± ?Х. (13)

Статистической обработке подвергали следующие измеренные величины:

1) значения твердости;

2) величины аустенитного зерна, измеренные методом хорд;

3) значения размеров карбидов, выпавших в реплику.

3. Экспериментальная часть

3.1 Влияние температуры закалки на структуру и твердость стали 4Х5МФ1С

Фотографии микроструктуры исследуемых образцов были получены с помощью микроскопа «EPIQUANT» после подготовки поверхности по вышеприведенной методике (см. п. 2.2.1). Травление осуществлялось электролитически при напряжении на катоде 2 В. В качестве травителя применялся спиртовой раствор треххлористого железа и лимонной кислоты.

Структура изучаемой стали представляет собой мартенсит, аустенит остаточный и карбиды (рис.12). Основная структура - мартенсит - плохо выявляется. Структуру необходимо просматривать при больших увеличениях, так как после закалки без перегрева зерна аустенита и кристаллы мартенсита очень малы.

С увеличением температуры нагрева под закалку, в конечном итоге, получаем более крупные мартенситные иглы, что можно наблюдать на фотографиях. Последнее обусловлено ростом действительного зерна аустенита при повышении температуры из-за стремления системы к минимуму свободной энергии. В свою очередь размер действительного зерна аустенита оказывает существенное влияние на дисперсность мартенсита и механические свойства стали в закаленном и отпущенном состоянии.

Общей для всех штамповых сталей тенденцией является большое содержание остаточного аустенита после закалки. Причем с повышением легированности твердого раствора понижаются температуры мартенситного превращения и возрастает количество аустенита. В комплекснолегированных сталях его количество может достигать 15-30% после обработки по оптимальным режимам и 60-80%после закалки с перегревом на 50-70оС. [4]

Концентрация углерода в мартенсите определяется химическим составом сталей и температурно-временными параметрами аустенизации. После обработки по принятым режимам (то есть на зерно не крупнее 8 балла) она составляет до 65-85% от общего содержания углерода в стали. При понижении температуры закалки фиксируемые в мартенсите содержания углерода уменьшаются, при этом его перераспределению в легированной стали сопутствует обеднение твердого раствора и легирующими элементами. Этот процесс наряду с выделением карбидов по границам зерен аустенита сопровождается также снижением пластичности, ударной вязкости и теплостойкости.

Твердость является важнейшим свойством инструментальных сталей. Она характеризует напряженное состояние, близкое к неравномерному всестороннему сжатию, и тем самым определяет сопротивление значительной пластической деформации и контактным напряжениям. С увеличением твердости в большинстве случаев возрастает износостойкость; увеличивается возможность получения более чистой и ровной поверхности как металла, обрабатываемого резанием или давлением, так и самого инструмента при его шлифовании или доводке; уменьшается налипание обрабатываемого металла на поверхность инструмента и т.д. В зависимости от состава стали и термической обработки твердость может изменяться в широких пределах.

В данной работе была измерена твердость закаленных образцов на приборе Роквелла. Количество измерений твердости составляет не менее пяти для каждого образца. Снятые экспериментальные данные были обработаны с использованием методов математической статистики. Экспериментальные данные представлены в таблице 6.

Таблица 6. Зависимость твердости стали 4Х5МФ1С от температуры закалки

Маркировка образца

Температура закалки, оС

Твердость HRC

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

Относительная ошибка е, %

№ измерения

Среднее значение

1

2

3

4

5

1

950

46

44

45

46

45

45

0,87

2,4

12

1 000

49

49

49

48

49

49

0,50

1,2

24

1 050

51

52

51

50

51

51

0,71

1,7

42

1 070

50

51

50

51

51

51

0,94

2,3

59

1 100

53

54

53

55

54

54

0,87

2,0

Исследования показали, что с увеличением температуры закалки увеличивается твердость (рис. 13), так как аустенит (мартенсит после охлаждения) становится более легированным за счет растворения карбидов при нагреве.

Рис. 13. Зависимость твердости закаленных образцов от температуры закалки

сталь штамповой закалка температура

3.2 Влияние температуры отпуска на твердость стали 4Х5МФ1С

Отпуск является обязательной составляющей термической обработки штамповых сталей и приводит к существенным изменениям в их структуре и свойствах.

В сталях, имеющих после аустенизации определенную легированность твердого раствора, отпуск при 450-550оС приводит к заметному изменению химического состава мартенсита, увеличению содержания карбидов и отчетливо выраженному эффекту упрочнения.

Чтобы определить, как влияет температура отпуска на свойства стали 4Х5МФ1С, была измерена твердость на образцах после закалки на 1070°C и отпуска. Данные измерений приведены в таблице 7.

Изменение твердости стали 4Х5МФ1С в зависимости от температуры отпуска показано на рис. 14.

Таблица 7. Зависимость твердости стали 4Х5МФ1С от температуры отпуска (температура закалки 1 070оС). Время выдержки при отпуске 1час

Маркировка образца

Твердость после закалки HRC

Температура отпуска, оС

Твердость после отпуска HRC

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

Относительная ошибка е, %

№ измерения

Среднее значение

1

2

3

4

5

35

51

230

47

50

48

48

48

48

1,12

2,9

34

51

310

50

50

51

50

50

50

0,50

1,2

31

51

400

51

52

51

51

51

51

0,50

1,2

70

51

530

53

50

53

53

51

53

1,58

3,7

92

51

570

52

53

53

52

53

53

0,71

2,4

2

51

660

42

43

42

43

43

43

0,71

2,1

Рис. 14. Зависимость твердости стали 4Х5МФ1С от температуры отпуска

Видно, что отпуск при 200-300оС снижает твердость из-за выделения из мартенсита цементитного карбида. Отпуск при температурах порядка 500-550оС создает вторичную твердость, вследствие дисперсионного твердения. В молибденовых сталях на этой стадии выделяются карбиды Ме23С и Ме6С. При дальнейшем повышении температуры усиливается коагуляция карбидов, что ведет к снижению твердости.

3.3 Влияние режима термической обработки на карбидную фазу

Увеличение количества карбидов, даже при сохранении мелкозернистой структуры, сопровождается снижением прочности, вязкости и других свойств. Это вызвано отличием в свойствах металлической основы и включений, что обуславливает различие в напряжениях и в поведении основы и карбидов при нагружении в процессе эксплуатации. Отрицательное влияние карбидной фазы усиливается, когда она распределяется в структуре неоднородно и присутствует в виде крупных включений или сетки.

Положительная роль карбидов заключается в том, что они препятствуют росту зерна при нагреве до температур закалки и затрудняют пластическое течение металла при повышенных напряжениях, повышая устойчивость рабочей кромки в условиях эксплуатации. Растворение карбидов при нагреве под закалку создает необходимую концентрацию углерода и легирующих элементов в аустените (мартенсите).

В данной работе были оценены размеры включений карбидной фазы и относительный объем, занимаемый карбидами. Анализ проводился с помощью углеродных реплик на электронном микроскопе ЭМ-200. Для отделения реплики использовалось электролитическое травление в десятипроцентном спиртовом растворе азотной кислоты. Время отделения реплики порядка шести минут.

Наблюдается общий характер распределения карбидов. Включения имеют разнообразную форму и размер (см. рис. 15).

Оценка величины карбидных включений проводилась визуально на электронном микроскопе ЭМ-200 (при увеличении 8 400) с использованием эталонной шкалы. Для определения объемного содержания карбидов использовался линейный метод Розиваля, который был реализован на фотографиях реплик. По этому методу площади фаз вычисляются по длинам отрезков линейки, попавших на данную фазу.

3.3.1 Влияние температуры закалки на карбидную фазу

Для оценки величины карбидных включений в реплике просматривали несколько полей зрения на электронном микроскопе ЭМ-200. Размер карбидов определяли по эталонной шкале. Для возможности статистической обработки данных проводилось не менее 150 измерений для каждого образца. Результаты экспериментов приведены в таблицах 8-12.

Таблица 8. Определение величины включений карбидной фазы в стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 950оС

Размер включения di, мкм

Количество включений данного размера ni

Относительная доля включения данного размера, %

До 0,24

41

21

0,24-0,48

36

19

0,48-0,72

31

16

0,72-0,96

27

14

0,96-1,20

33

17

1,20-1,44

23

12

1,44-1,68

2

0,5

1,68-1,92

1

0,5

Всего

194

100

Средний размер включения, мм

0,38

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

0,002 3

Относительная ошибка е, %

4,1

Рис. 16. Гистограмма распределения размеров карбидных включений для образца, закаленного на температуру 950оС

Таблица 9. Определение величины включений карбидной фазы в стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 000оС

Размер включения di, мм

Количество включений данного размера ni

Относительная доля включения данного размера, %

До 0,24

8

5

0,24-0,48

28

18

0,48-0,72

41

27

0,72-0,96

37

24

0,96-1,20

26

17

1,20-1,44

8

6

1,44-1,68

4

3

1,68-1,92

0

0

Всего

152

100

Средний размер включения, мм

0,43

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

0,002 3

Относительная ошибка е, %

1,8

Рис. 17. Гистограмма распределения размеров карбидных включений для образца, закаленного на температуру 1 000оС

Таблица 10. Определение величины включений карбидной фазы в стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 050оС

Размер включения di, мм

Количество включений данного размера ni

Относительная доля включения данного размера, %

До 0,24

8

5

0,24-0,48

12

8

0,48-0,72

18

12

0,72-0,96

26

17

0,96-1,20

35

23

1,20-1,44

41

27

1,44-1,68

9

6

1,68-1,92

2

2

Всего

151

100

Средний размер включения, мм

0,55

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

0,003 2

Относительная ошибка е, %

1,8

Рис. 18. Гистограмма распределения размеров карбидных включений для образца, закаленного на температуру 1 050оС

Таблица 11. Определение величины включений карбидной фазы в стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 070оС

Размер включения di, мм

Количество включений данного размера ni

Относительная доля включения данного размера, %

До 0,24

8

5

0,24-0,48

45

30

0,48-0,72

41

27

0,72-0,96

33

22

0,96-1,20

13

9

1,20-1,44

7

5

1,44-1,68

2

1

1,68-1,92

1

1

Всего

150

100

Средний размер включения, мм

0,35

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

0,002 1

Относительная ошибка е, %

1,8

Рис. 19. Гистограмма распределения размеров карбидных включений для образца, закаленного на температуру 1 070оС

Таблица 12. Определение величины включений карбидной фазы в стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 100оС

Размер включения di, мм

Количество включений данного размера ni

Относительная доля включения данного размера, %

До 0,24

13

9

0,24-0,48

47

31

0,48-0,72

41

27

0,72-0,96

21

14

0,96-1,20

24

16

1,20-1,44

3

2

1,44-1,68

1

1

1,68-1,92

0

0

Всего

150

100

Средний размер включения, мм

0,34

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

0,002

Относительная ошибка е, %

1,9

Рис. 20. Гистограмма распределения размеров карбидных включений для образца, закаленного на температуру 1 100оС

Для каждого образца по данным проведенных экспериментов были построены гистограммы, отражающие характер распределения размеров карбидных включений после различных температур закалки (рис. 16-20). При повышении температуры нагрева под закалку с 950 до 1 050оС средний размер включения увеличивается от 0,38 до 0,55 мм. Это явление связано с растворением мелких карбидов в аустените. При дальнейшем повышении температуры начинают растворяться крупные карбиды, таким образом средний размер включения уменьшается до 0,34 мм при закалке на 1 100оС.

Температура закалки также влияет на форму карбидных включений (рис. 14). При нагреве до 950оС в стали присутствует карбид цементитного типа Ме3С, имеющий неправильную вытянутую форму. Данный карбид не обладает теплостойкостью и поэтому растворяется при нагреве до 1 000оС. Включения округлой формы являются специальными карбидами (например, VC). Они обладают большей теплостойкостью и растворяются не полностью и при более высоких температурах нагрева.

3.3.2 Определение объемной доли карбидных включений

С повышением температур закалки доля карбидной фазы, выпадающая в реплику уменьшается (рис.14). Для определения объемной доли карбидных включений использовали метод Розиваля (п. 2.2.9.). Измерения проводили в десяти полях зрения для каждого образца. Полученные результаты представлены в таблице 13.

Таблица 13. Определение объемной доли карбидов методом Розиваля

Температура закалки, оС

?a в поле зрения, мм

?aср, мм

Vк, %

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

950

12

26

26

16

18

11

15

19

17

13

17,3

17,3

1 000

3

20

11

9

22

4

3

6

14

13

10,5

10,5

1 050

25

2

0

4

5

5

9

14

0

21

7,9

7,9

1 070

6

16

0

0

11

4

2

0

9

4

5,3

5,3

1 100

10

4

0

2

1

0

0

8

5

3

3,3

3,3

Рис. 21. Зависимость количества карбидной фазы от температуры нагрева под закалку

С повышением температуры закалки от 950 до 1 100оС доля карбидов выпавших в реплику уменьшается от 17,3 до 3,3% (рис. 21), что связано с последовательным растворением включений в аустените. Таким образом, при большем нагреве получаем более легированный мартенсит. Это обеспечивает высокие значения твердости после закалки и возможность дисперсионного твердения при дальнейшем отпуске.

3.3.3 Строение карбидных фаз

В сталях с относительно невысоким содержанием хрома, вольфрама и молибдена карбидная фаза представлена в основном цементитом. Специальные карбиды образуются при достижении определенного соотношения между карбидообразующими элементами и углеродом. О типе карбидов в «монолегированных» составах можно приближенно судить по соответствующим диаграммам равновесия. Более сложным является вопрос прогнозирования возможного типа карбидов в комплекснолегированных сплавах, для которых, как правило, характерно одновременно присутствие частиц с различной кристаллической решеткой (М6С, МС, М23С6 и др.).

Для определения типа карбидов, присутствующих в штамповой стали 4Х5МФ1С была применена электронная микроскопия.

С использованием электронограмм был расшифрован состав некоторых карбидов, выпавших в реплику.

Включения неправильной формы представляют собой карбид типа Ме3С ((Cr,Fe)3C). Хром замещает железо до 18%. Этот карбид не обладает теплостойкостью и растворяется при нагреве в интервале 950-1000оС.

Карбиды округлой формы имеют составы, соответствующие формулам Ме6С и VС.

В сталях, содержащих >0,5% Мо, образуется сложный карбид молибдена Ме6С. Его состав близок формуле Fe3Mo3C, а при недостатке углерода - Fe2Mo2C. В карбиде Ме6С часть атомов молибдена может замещаться атомами хрома и ванадия. Карбиды этих элементов близки по свойствам и растворяются при температурах 950-1250оС.

Ванадий уже при небольшим содержании (0,1%) образует карбид VC (МеС), присутствующий наряду с цементитом. Этот карбид не растворяется в аустените.[1]

3.4 Влияние температуры закалки на глубину обезуглероженного слоя

Значительное обезуглероживание снижает твердость и износостойкость закаленной и отпущенной стали, что недопустимо для инструментальных сталей, так как сильно уменьшает срок эксплуатации инструмента.

Процесс обезуглероживания получает свое развитие при нагреве без применения эффективных защитных сред.

Развитие обезуглероживания зависит (при нагреве в одинаковой среде) от температуры нагрева и его продолжительности, а также состава стали. При относительно короткой выдержке в воздушной среде обезуглероживание уже заметно развивается при 800-850оС и резко усиливается с повышением температуры.

Существует несколько способов оценки глубины обезуглероженного слоя. Для штамповых сталей горячего и холодного деформирования наибольшее распространение получило выявление глубины обезуглероживания травлением закаленных и отпущенных образцов. Контрольным методом обезуглероживания для всех марок является цветное травление четырехпроцентным раствором азотной кислоты в метиловом спирте отожженных образцов.

В данной работе были использованы два метода оценки обезуглероженного слоя: по изменению твердости и микротвердости по сечению образца.

Метод оценки обезуглероживания по изменению твердости по глубине обезуглероженного слоя

Слои металла с помощью шлифовки последовательно снимались с поверхности образцов, после чего измерялась твердость на приборе Роквелла. Полному удалению обезуглероженного слоя соответствовало прекращение изменения чисел твердости по глубине. Снятие слоев металла производилось с помощью шлифования; сечение образца измерялось микрометром. Толщина каждого сошлифованного слоя составляла порядка 0,02 мм. Результаты экспериментов и их статистическая обработка представлены в таблицах 14-18.

Таблица 14. Распределение твердости по глубине образца №1 из стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 950оС

Расстояние от поверхности, мм

Твердость HRC

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

Относительная ошибка е, %

№ измерения

Среднее значение

1

2

3

4

5

0

42

41

42

42

43

42

0,70

2,1

0,02

40

43

41

44

42

42

1,58

4,7

0,04

46

42

44

45

43

44

1,58

4,6

0,06

46

43

43

45

44

44

1,32

3,7

0,08

43

44

44

45

44

44

0,71

2,0

0,10

44

46

45

43

45

45

1,22

3,4

0,12

45

46

45

45

44

45

0,71

1,9

Таблица 15. Распределение твердости по глубине образца №12 из стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 000оС

Расстояние от поверхности, мм

Твердость HRC

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

Относительная ошибка е, %

№ измерения

Среднее значение

1

2

3

4

5

0

42

41

43

43

41

42

1,00

3,0

0,02

42

45

42

42

44

43

0,63

4,1

0,04

43

44

45

43

44

44

0,39

2,5

0,06

46

48

47

45

46

46

0,55

3,3

0,08

46

45

45

46

46

46

0,32

1,9

0,10

47

47

47

48

48

47

0,32

1,9

0,12

49

48

49

49

49

49

0,22

1,2

0,14

49

49

49

48

49

49

0,22

1,2

Таблица 16. Распределение твердости по глубине образца №24 из стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 050оС

Расстояние от поверхности, мм

Твердость HRC

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

Относительная ошибка е, %

№ измерения

Среднее значение

1

2

3

4

5

0

43

43

42

43

43

43

0,50

1,4

0,02

43

45

45

43

44

44

0,45

2,8

0,04

46

44

46

45

45

45

0,39

2,4

0,06

45

45

46

46

46

46

0,32

1,9

0,08

47

48

47

47

47

47

0,22

1,3

0,10

49

47

48

47

48

48

0,39

2,3

0,12

48

49

50

49

49

49

0,32

1,8

0,14

51

51

52

51

51

51

0,22

1,2

0,16

51

52

51

50

51

51

0,32

1,7

Таблица 17. Распределение твердости по глубине образца №42 из стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 070оС

m

Твердость HRC

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

Относительная ошибка е, %

№ измерения

Среднее значение

1

2

3

4

5

0

40

42

42

41

41

41

0,87

2,6

0,02

42

44

43

43

43

43

0,71

2,1

0,04

44

44

43

43

43

43

0,71

2,1

0,06

44

44

44

43

44

44

0,50

1,4

0,08

44

45

43

44

45

44

0,87

2,4

0,10

46

46

47

45

46

46

0,71

1,9

0,12

49

48

47

49

47

48

1,00

2,6

0,14

47

48

47

47

48

48

0,87

2,3

0,16

50

49

50

49

51

50

0,87

2,2

0,18

51

50

51

50

50

50

0,71

1,8

Таблица 18. Распределение твердости по глубине образца №59 из стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 100оС

Расстояние от поверхности, мм

Твердость HRC

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

Относительная ошибка е, %

№ измерения

Среднее значение

1

2

3

4

5

0

44

46

45

44

45

45

0,87

2,4

0,02

47

46

45

46

46

46

0,71

1,9

0,04

48

48

46

48

47

47

1,00

2,7

0,06

47

48

48

49

48

48

0,71

1,9

0,08

50

51

50

49

50

50

0,71

1,8

0,10

50

49

50

50

49

50

0,71

1,8

0,12

51

50

50

50

51

50

0,71

1,8

0,14

52

51

51

52

52

52

0,71

1,7

0,16

54

52

54

53

53

53

0,87

2,0

0,18

53

54

54

56

55

54

1,22

2,9

0,20

54

54

55

54

54

54

0,71

1,5

Для определения зависимости степени обезуглероживания от температуры нагрева под закалку экспериментальные данные были обобщены в таблице 19.

Таблица 19. Распределение твердости HRC по глубине исследуемых образцов из стали 4Х5МФ1С в зависимости от температуры закалки

Маркировка образца

Температура закалки, оС

Расстояние от поверхности образца, мм

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

1

950

42

42

44

44

44

45

45

45

45

45

12

1 000

42

43

44

46

46

47

49

49

49

49

24

1 050

43

44

45

46

47

48

49

51

51

51

42

1 070

41

43

43

44

44

46

48

48

50

50

59

1 100

45

46

47

48

50

50

50

52

53

54

Для удобства определения глубины обезуглероженного слоя по полученным данным (табл. 14-18) представим результаты исследования в графической форме (рис. 22).

Рис. 22. Зависимость распределения твердости от температуры закалки по сечению образцов из стали 4Х5МФ1С

На основании вышеприведенных данных (табл. 19) можно проанализировать зависимость глубины обезуглероженного слоя от температуры закалки (рис. 23).

Результаты исследования показали, что глубина обезуглероженного слоя при температуре нагрева под закалку 950°C достигает 0,10 мм, при 1 000°C - 0,12 мм, при 1 050оС - 0,14 мм, при 1 070оС - 0,16 мм и при 1 100оС - 0,18 мм. Видно, что повышение температуры вызывает большее обезуглероживание.

Рис. 23. Зависимость глубины обезуглероженного слоя от температуры закалки

Метод оценки глубины обезуглероженного слоя по изменению микротвердости

Микротвердость измерялась с помощью микротвердомера ПМТ-3 при нагрузке 2 Н на разных расстояниях от обезуглероженной поверхности. На каждом фиксированном расстоянии делалось по несколько замеров для возможности статистической обработки данных. Значения микротвердости вычислялись по размерам диагонали отпечатка индентора по приведенной выше методике. Экспериментальные данные, числа твердости и их статистическая обработка сведены в таблицы 20-24.

Исследования показали, что глубина обезуглероженного слоя, определенная методом измерения микротвердости, близка или совпадает с результатами, полученными выше (табл. 19). Расхождение можно объяснить погрешностями эксперимента и небольшой точностью метода измерения твердости на приборе Роквелла.

Таблица 20. Значения микротвердости для образца №1, закаленного с 950оС

Расстояние от поверхности, мм

Характеристики твердости

Номер замера

Среднее значение

Среднее квадратичное отклонение результата Sх

Относительная ошибка е, %

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

3

4

5

6

0,02

Длина диагонали отпечатка, ед шкалы

130

124

139

135

117

121

128

133

128

131

?

?

?

Длина диагонали отпечатка, мкм

39,0

37,2

41,7

40,5

35,1

36,3

38,4

39,9

38,4

39,3

?

?

?

Микротвердость, МПа

2438

2680

2132

2261

3010

2814

2515

2329

2515

2401

2509

263

7,5

0,04

Длина диагонали отпечатка, ед шкалы

110

119

98

112

118

109

121

110

107

101

?

?

?

Длина диагонали отпечатка, мкм

33,0

35,7

29,4

33,6

35,4

32,7

36,3

33,0

32,1

30,3

?

?

?

Микротвердость, МПа

3405

2909

4290

3284

2959

3468

2814

3405

3599

4039

3417

475

9,9

0,06

Длина диагонали отпечатка, ед шкалы

98

90

100

96

105

112

122

99

?

?

?

Длина диагонали отпечатка, мкм

29,4

27,0

30,0

28,8

31,5

33,6

36,6

29,7

?

?

?

Микротвердость, МПа

4290

5086

4120

4470

3737

3284

2768

4204

3994

620

9,7

0,08

Длина диагонали отпечатка, ед шкалы

99

95

97

95

89

96

100

104

97

103

?

?

?

Длина диагонали отпечатка, мкм

29,7

28,5

29,1

28,5

26,7

28,8

30,0

31,2

30,6

30,9

?

?

?

Микротвердость, МПа

4204

4565

4379

4565

5201

4470

4120

3809

3960

3883

4347

390

6,4

Таблица 21. Значения микротвердости для образца №12, закаленного с1 000оС

Расстояние от поверхности, мм

Характеристики твердости

Номер замера

Среднее значение

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

Относительная ошибка е, %

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

3

4

5

6

0,02

Длина диагонали отпечатка, ед шкалы

134

135

125

129

133

118

123

?

?

?

Длина диагонали отпечатка, мкм

40,2

40,5

37,5

38,7

39,9

35,4

36,9

?

?

?

Микротвердость, МПа

2294

2260

2636

2475

2329

2958

2723

2525

259

7,3

Результаты измерений микротвердости (табл. 20-24) для определения глубины обезуглероженного слоя представили в графическом виде.

Рис. 24. Распределение значений микротвердости по глубине обезуглероженного слоя для образца из стали 4Х5МФ1С, закаленного с температуры 950оС

Рис. 25. Распределение значений микротвердости по глубине обезуглероженного слоя для образца из стали 4Х5МФ1С, закаленного с температуры 1 000оС

Рис. 26. Распределение значений микротвердости по глубине обезуглероженного слоя для образца из стали 4Х5МФ1С, закаленного с температуры 1 050оС

Рис. 27. Распределение значений микротвердости по глубине обезуглероженного слоя для образца из стали 4Х5МФ1С, закаленного с температуры 1 070оС

Рис. 28. Распределение значений микротвердости по глубине обезуглероженного слоя для образца из стали 4Х5МФ1С, закаленного с температуры 1 100оС

На приведенных графиках (рис. 24-28) видно, что глубина обезуглероженного слоя при температуре нагрева под закалку 950°C достигает 0,10 мм, при 1 000°C - 0,12 мм, при 1 050оС - 0,12 мм, при 1 070оС - 0,16 мм и при 1 100оС - 0,18 мм. Зависимость глубины обезуглероживания от температуры закалки представлена на рис. 29.

Приведенная кривая зависимости обезуглероживания от температуры закалки, полученная по результатам измерения микротвердости, качественно совпадает с аналогичной кривой на рис. 23, то есть обезуглероживание возрастает с увеличением закалочной температуры.

Для удобства сравнения результаты определения обезуглероживания с помощью измерения твердости и микротвердости сведены в таблицу 25.

Рис. 29. Зависимость глубины обезуглероженного слоя от температуры закалки

Таблица 25. Зависимость глубины обезуглероживания от температуры закалки по результатам измерения твердости HRC и микротвердости

Маркировка образца

1

12

24

42

59

Температура закалки, оС

950

1 000

1 050

1 070

1 100

Твердость HRC

45

49

51

50

54

Глубина обезуглероженного слоя, мм

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

Значение микротвердости, МПа

4248

4746

4914

4929

5384

Глубина обезуглероженного слоя, мм

0,10

0,12

0,12

0,14

0,18

3.5 Влияние температуры закалки на аустенитное зерно

Качество стали и ее термической обработки удобно контролировать по величине действительного аустенитного зерна. Допустимая величина зерна неодинакова для сталей разных структурных классов. Как правило, рекомендуется зерно баллов 11-9,5 для штамповых сталей нормальной теплостойкости и 11-10 для сталей повышенной теплостойкости [1].

В данной работе аустенитное зерно было выявлено методом окисления (см. п. 2.2.5.). В качестве травителя применялся пятипроцентный раствор пикриновой кислоты с добавками алкил-сульфата натрия.

Для определения величины аустенитного зерна методом секущих при каждой температуре было просмотрено пять полей зрения. В таблице 26 дано количество зерен по длине линейки, имеющей сто делений.

Цена делений шкалы окуляр - микрометра, если число совмещенных делений объект - микрометра с = 100, а число совмещенных делений окуляр - микрометра а = 85

Z = (100/85) Ч 0.01 = 0,012 мм.

Величину аустенитного зерна при каждой температуре рассчитывали по формуле (2) учитывая, что длина линейки окуляр - микрометра L = 100.

Таблица 26. Результаты оценки размера зерна методом секущих

Количество зерен

Температура закалки, оС

950

1 000

1 050

1 070

1 100

№ поля зрения

1

131

111

92

75

56

2

149

114

74

82

63

3

152

128

82

72

68

4

137

124

87

69

57

5

172

123

84

77

66

Среднее количество зерен

148,2

120,0

83,9

75,0

60,0

Размер зерна, мм

0,008 1

0,010

0,014

0,016

0,020

Видно, что с ростом температуры размер зерна увеличивается (см. рис. 31).

Рис. 31. Зависимость размера аустенитного зерна от температуры закалки

При температуре закалки 950 и 1 000°C обеспечивается достаточно мелкое зерно, соответствующее баллу 10-11. При дальнейшем повышении температуры балл зерна уменьшается до 9-10 (при 1 050оС) и до 8-9 (при 1 100 и 1 070оС).

В работе была проведена также оценка величины зерна аустенита с помощью метода хорд. Число произведенных замеров хорд для каждого образца не менее 150. Полученные данные и их статистическая обработка представлены в таблицах 27-31.

Таблица 27. Определение величины аустенитного зерна стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 950оС

№ размерной группы

Размер хорд di, мм

Количество хорд данного размера ni

Относительная доля длин хорд по данной группе, %

1

до 0,002 5

4

0,5

2

0,002 5-0,005

5

1,5

3

0,005-0,007 5

48

22

4

0,007 5-0,010

39

24

5

0,010-0,012 5

17

13

6

0,012 5-0,015

17

16

7

0,015-0,017 5

12

13

8

0,017 5-0,020

8

10

Всего

150

100

Средний размер хорды, мм

0.007 5

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

0,008 3

Относительная ошибка е, %

17,0

Видно, что в исследуемой структуре наибольшее количество зерен приходится на две размерные группы: 0,005-0,007 5 мм и 0,007 5-0,010 мм (табл. 27).

Рис. 32. Гистограмма распределения длин хорд зерен аустенита для образца, закаленного на температуру 950оС

Таблица 28. Определение величины аустенитного зерна стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 000оС

№ размерной группы

Размер хорд di, мм

Количество хорд данного размера ni

Относительная доля длин хорд по данной группе, %

1

до 0,002 5

2

0,2

2

0,002 5-0,005

2

0,3

3

0,005-0,007 5

25

6

4

0,007 5-0,010

52

17

5

0,010-0,012 5

40

16

6

0,012 5-0,015

35

16

7

0,015-0,017 5

24

13

8

0,017 5-0,020

19

12

9

0,020-0,022 5

4

3

10

0,022 5-0,025

11

9

11

0,025-0,027 5

3

3

12

0,027 5-0,030

5

4,5

Всего

222

100

Средний размер хорды, мм

0,010

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

0,005 7

Относительная ошибка е, %

7,0

Наибольшее количество зерен приходится на размерные группы: 0,007 5-0,010 и 0,010-0,012 5 мм (см. табл. 28).

Рис. 33. Гистограмма распределения длин хорд зерен аустенита для образца, закаленного на температуру 1 000оС

Таблица 29. Определение величины аустенитного зерна стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 050оС

№ размерной группы

Размер хорд di, мм

Количество хорд данного размера ni

Относительная доля длин хорд по данной группе, %

1

до 0,002 5

2

0,2

2

0,002 5-0,005

5

0,8

3

0,005-0,007 5

8

1

4

0,007 5-0,010

15

3

5

0,010-0,012 5

48

13

6

0,012 5-0,015

53

17

7

0,015-0,017 5

43

16

8

0,017 5-0,020

12

5

9

0,020-0,022 5

20

10

10

0,022 5-0,025

18

10

11

0,025-0,027 5

12

7

12

0,027 5-0,030

14

9

13

0,030-0,032 5

5

4

14

0,032 5-0,035

2

2

15

0,035-0,037 5

3

2

Всего

260

100

Средний размер хорды, мм

0,015

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

0,006 1

Относительная ошибка е, %

4,0

Наибольшее количество зерен приходится на три размерные группы, которые охватывают интервал 0,010-0,017 5 мм (см. табл. 29).

Рис. 34. Гистограмма распределения длин хорд зерен аустенита для образца, закаленного на температуру 1 050оС

Таблица 30. Определение величины аустенитного зерна стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 070оС

№ размерной группы

Размер хорд di, мм

Количество хорд данного размера ni

Относительная доля длин хорд по данной группе, %

1

до 0,002 5

3

0,2

2

0,002 5-0,005

3

0,4

3

0,005-0,007 5

2

0,4

4

0,007 5-0,010

16

3

5

0,010-0,012 5

45

11

6

0,012 5-0,015

61

17

7

0,015-0,017 5

34

11

8

0,017 5-0,020

38

14

9

0,020-0,022 5

19

8

10

0,022 5-0,025

23

11

11

0,025-0,027 5

18

10

12

0,027 5-0,030

7

4

13

0,030-0,032 5

2

1

14

0,032 5-0,035

6

4

15

0,035-0,037 5

7

5

Всего

284

100

Средний размер хорды, мм

0,015

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

0,004 8

Относительная ошибка е, %

3,0

Наибольшее количество зерен приходится на размерную группу 0,012 5-0,015 мм (см. табл. 30).

Рис. 35. Гистограмма распределения длин хорд зерен аустенита для образца, закаленного на температуру 1 070оС

Таблица 31. Определение величины аустенитного зерна стали 4Х5МФ1С после закалки на температуру 1 100оС

№ размерной группы

Размер хорд di, мм

Количество хорд данного размера ni

Относительная доля длин хорд по данной группе, %

1

до 0,002 5

0

0

2

0,002 5-0,005

0

0

3

0,005-0,007 5

3

0,5

4

0,007 5-0,010

2

0,5

5

0,010-0,012 5

4

1

6

0,012 5-0,015

9

3,3

7

0,015-0,017 5

17

7

8

0,017 5-0,020

28

14

9

0,020-0,022 5

40

22

10

0,022 5-0,025

33

20

11

0,025-0,027 5

15

10

12

0,027 5-0,030

8

6

13

0,030-0,032 5

5

4

14

0,032 5-0,035

6

5

15

0,035-0,037 5

2

2

16

0,037 5-0,040

2

2

17

0,040-0,042 5

2

2

Всего

176

100

Средний размер хорды, мм

0,022 5

Среднее квадратичное отклонение результата Sx

0,009 1

Относительная ошибка е, %

5,0

Рис. 36. Гистограмма распределения длин хорд зерен аустенита для образца, закаленного на температуру 1 100оС

Наибольшее количество зерен приходится на размерную группу 0,020-0,022 5 мм (см. табл. 31).

Для сравнения результатов, полученных при использовании различных методик экспериментальные данные сведены в таблицу 32.

Таблица 32. Размер зерна аустенита (мм), определенный различными методами

Метод

Температура закалки, оС

950

1 000

1 050

1 070

1 100

секущих

0,008 1

0,010

0,014

0,016

0,020

хорд

0,007 5

0,010

0,015

0,015

0,022 5

Балл зерна

11

10

9

9

8

3.6 Влияние температуры отпуска на износостойкость

Износостойкость инструментальной стали, то есть способность ее сопротивляться различным видам изнашивания поверхности, является характеристикой долговечности инструмента. Изнашивание сопровождается не только физическим разрушением рабочего слоя и потерей массы металла, но и его пластическим деформированием. В результате обоих процессов изменяются форма и размеры рабочих кромок. Изнашивание усиливается в условиях:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.