Исследования свойств штамповой стали после термической обработки (стр. 11 из 17)
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 ε, % | |||||||||
| 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 ε, % | |||||||||
| 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) × 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).