Твердость и микроструктура сталей

Твердость и микроструктура сталей

Цель термической обработки состоит в изменении строения (структуры) металла путем нагрева изделия до определенной температуры с последующим охлаждением. Правильно проведенная термическая обработка придает инструментальной стали высокую твердость, прочность, износостойкость и достаточную вязкость, т. е. свойства, которыми должен обладать материал дереворежущего инструмента. О правильности термической обработки судят по микроструктуре и твердости стали. Для изучения микроструктуры стали из заготовки: вырезают образец, поверхность которого полируют и протравливают кислотой. Полученный микрошлиф рассматривают на микроскопе при 400—500-кратном увеличении. Твердость стали можно определить способами Бринелля, Роквелла или Виккерса.
Способ Бринелля. При этом способе твердость определяют вдавливанием стального шарика диаметром 10,5 или 2,5 мм на твердомере ТШ в испытуемый металл под нагрузкой
30000, 7500, 1870 Н. О величине твердости судят по диаметру отпечатка шарика на испытуемой поверхности и обозначают ее значком HB. Диаметр шарика d зависит от толщины испытуемого образца: при толщине до 3 мм d=2,5 мм; при толщине от 3 до 6 мм d=5 мм; при толщине более 6 мм d=10 мм. Способ Бринелля применим для испытания не очень твердых сталей (не более 450 НВ), так как при Цспытаниях более твердых сталей деформируется шарик.
Способ Роквелла. При этом способе твердость определяют твердомером ТК по глубине вдавливания стального шарика диаметром 1,59 мм или алмазного конуса в испытуемую поверхность. Твердость определяют по индикатору прибора. Для мягких материалов (60—220 НВ) следует применять стальной шарик под нагрузкой 1000 Н и отсчет делать по шкале В прибора. Полученное значение твердости обозначают НКВ. Для материалов средней твердости (220—700 НВ) следует применять алмазный конус под нагрузкой 1500 Н, отсчет вести по шкале С прибора. Полученное значение твердости обозначают ННС. Для очень твердых материалов (свыше 700 НВ) следует применять алмазный конус при нагрузке 600 Н и вести отсчет по шкале С прибора. Обозначают эту твердость НКА.
Способ Виккерса. При этом способе определяют твердость внедрением алмазной четырехгранной пирамиды под одной из нагрузок: 50, 100, 200, 300, 500, 1000, 1200 Н. Величину твердости определяют по длине диагонали отпечатка и обозначают НУ. Соотношение твердости при указанных способах определения дано в табл. 4.

4. Соотношение твердости при различных способах определения

Для оперативного определения твердости можно использовать тарированный напильник: при твердости инструмента менее 62 НКС, напильник должен сцепляться с поверхностью инструмента. Применение напильников для определения
твердости допускается в тех случаях, когда невозможно или трудно использовать прибор и когда требования чертежа к точности измеренной твердости невысоки.
Структура стали определяется в основном содержанием углерода и видом его соединения с железом. Железо может существовать в двух модификациях: в форме а (альфа-железо) при температуре ниже 91Г и в форме у (гамма-железо) при нагреве от 91Г до 1392°. Эти модификации различаются строением кристаллической решетки..
Температура, при которой происходит перестройка решетки, называется критической температурой (или критической точкой). Температуры критических точек в сплавах отличаются от температур в чистом железе. Кроме того, в сплавах различают две критические точки: нижнюю и верхнюю.
Железо способно растворять углерод и легирующие элементы, образуя твердые растворы.

Твердый раствор углерода в альфа-железе называют ферритом, в гамма-железе — аустенитом.

Феррит прочнее и тверже, но менее вязок, чем. аустенит.

Цементит — химическое соединение углерода с железом. Это карбид железа РезС. Он очень прочен, обладает высокой твердостью (НВ>800) и хрупкостью. На. микрошлифах наблюдается в виде сетки по границам зерен или игл и светлых зерен. Цементит образует в сталях механическую смесь с ферритом. В зависимости от дисперсности (размельченности) карбидов различают три структуры: перлит, сорбит и троостит.

Перлит — крупнодисперсная смесь ферритов и цементита в виде зернышек и пластинок. Твердость перлита 170—250 НВ.

Сорбит —ферритно-карбидная смесь средней дисперсности с твердостью 270—320 НВ.

Троостит — высокодисперсная сталь, структуру которой можно рассмотреть только в электронный микроскоп. Твёрдость троостита 350—450 НВ.

Мертенсит — перенасыщенный твердый раствор углерода в а-железе. Эта структура образуется, из аустенита при очень быстром охлаждении. На микрошлифах мартенсит выглядит как мелкие пересекающиеся иглы и черточки. Мартенсит очень тверд (НВ от 500 до 700) и хрупок.

Add a Comment

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *