Составители:
45
Металловедение и сварка
Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА
КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ
Цель лабораторной работы – изучить сущность термоцикличе-
ской обработки (ТЦО) и ее влияние на структуру и механические свой-
ства конструкционных сталей.
При выполнении лабораторной работы необходимо:
1) изучить сущность и виды ТЦО;
2) изучить методы выявления и определения величины зерен
после термической обработки;
3) исследовать микроструктуру конструкционных сталей после ТЦО;
4) определить средний размер (диаметр) зерен после различных
режимов ТЦО.
Оснащение участка лабораторной работы:
• оборудование: металлографические микроскопы МИМ-6,
МИМ-7, ММУ-3 и МЕТАМ РВ-22;
• материалы: коллекция микрошлифов малоуглеродистой ста-
ли 08пс и низколегированных сталей 09Г2С и 10ХСНД (в двух струк-
турных состояниях: состоянии заводской поставки и предварительно
отожженных при 900 °С), подвергнутых ТЦО по следующему режи-
му: 1–5-кратный нагрев сталей до температуры 770 °С с последую-
щим охлаждением на воздухе после каждого цикла;
• плакаты: диаграмма состояния Fe–Fe
3
C, классификация
и свойства углеродистых и легированных сталей, фотографии микро-
структур конструкционных сталей после ТЦО;
• справочная литература: справочники, ГОСТы.
1. Предпосылки для получения в конструкционных сталях
мелкозернистых структур, обладающих повышенными
прочностными свойствами
Мелкозернистая структура оказывает значительное влияние на
конструкционную прочность. Железо и другие металлы с объемно-
центрированной (ОЦК) решеткой склонны к переходу из вязкого со-
стояния в хрупкое при определенной температуре испытаний на рас-
тяжение и низких скоростях деформации. При температурах ниже
порога хрупкости образец разрушается без образования шейки при
низких показателях плас-тичности. Ударная вязкость стали Jn-744
значительно зависит от размера зерна. Так, при изменении размера
зерен от 2 до 25 мкм температура перехода от вязкого разрушения
к хрупкому смещается в сторону повышенных температур от –130
до –45 °С. Наблюдающееся различие в свойствах стали обусловлено
исключительно различием дисперсности структуры, так как химичес-
кий состав фаз мелкозернистого и крупнозернистого материала был
одинаков.
Так, при низких температурах с уменьшением размера зерен уве-
личиваются пределы текучести, прочности, твердость, усталостная
прочность и ударная вязкость, поэтому получение мелкозернистой
структуры имеет самостоятельное значение для повышения прочнос-
тных свойств металлов. По данным [1] механические свойства строи-
тельных конструкционных сталей после высокотемпературного от-
жига и последующей 1–10-кратной ТЦО повышаются значительным
образом (табл. 1).
Это явление можно использовать при усилении несущих элемен-
тов металлоконструкций зданий, сооружений и технических устройств
в опасных зонах концентрации напряжений (КН) за счет измельчения
структуры с помощью ТЦО.
Таблица 1
Число циклов ТЦО
Марка
материала
Механические
свойства
0 1 2 3 4 5 7 10
σ
0,2,
МПа
166,0 172,0 181,5 188,0 190,5 193,0 193,5 195,0
σ
в,
МПа
281,5 295,5 301,0 309,5 315,0 317,5 320,0 323,5
08пс
δ, %
24,0 23,5 23,0 23,0 23,5 23,0 23,0 23,0
σ
0,2
,
МПа
233,0 242,5 250,0 255,5 259,0 262,5 263,0 263,5
σ
в
,
МПа
418,0 441,5 451,0 468,5 471,5 476,0 477,5 484,5
Ст3
δ, %
23,0 22,5 22,0 22,0 22,5 22,0 22,0 21,5
σ
0,2
,
МПа
385,0 400,5 416,0 423,5 428,5 435,0 434,0 435,0
σ
в
, МПа
503,0 538,0 538,0 563,5 568,5 573,5 568,5 583,5
10ХСНД
δ, %
19,0 18,0 19,0 18,5 19,0 18,5 18,5 18,0
Лабораторная работа № 1
