Отливку из стали 30ХГСЛ подвергли гомогенизации при 1200 ос более 10 часов. Описать полученную структуру. Обосновать необходимость последующей термообработки.

Решение

Высокая температура отжига и длительная выдержка способствуют росту зерна и формированию грубой структуры перегрева. Структуре перегрева соответствуют низкая прочность, пластичность, коррозионная стойкость. Также при длительной выдержке происходит коагуляция неметаллических включений и вторых фаз, гетерогенизация (неоднородность) структуры, окисление, обезуглероживание поверхностных слоев. При неправильном охлаждении с высоких температур гомогенизационного отжига может произойти частичная или полная закалка, что повышает склонность к трещинообразованию.

ДЛя устранения последствий гомогенизационного отжига необходимо проводить последующую термическую обработку – полный отжиг или нормализацию при нагреве до 800...850 ОС.

2.6. Определить время, необходимое для гомогенизации заготовок из стали Х12, если расстояние между осями дендритов 1,0 мм. Коэффициент диффузии хрома в аустените при температуре гомогенизации Dcr = 2.10-9 см2/с.

Решение

По первому закону Фика диффундирующий поток вещества (1)пропорционален градиенту концентрации (с):

где D - коэффициент диффузии, зависящий от природы сплава, типа и состава твердого раствора, размера зерна и особенно сильно от температуры.

Время ('t), необходимое для перемещения атомов элемента с коэффициентом диффузии D на расстояние х можно определить как't = х2 / D.

Ответ: 't = 0,01/2.10-9 = 5.106 С

2.7. Образцы из стали 20 подвергли холодной деформации на 25, 50 и 75 %. Предложить обработку для разупрочнения стали после деформации. В каком случае процесс заметного разупрочнения при нагреве начнется раньше?

Решение

При деформации зеренная структура вытягивается в направлении прокатки, образуя текстуру деформации, а также меняется внутреннее строение зерен - увеличивается плотность дислокаций и других дефектов. Вследствие этих процессов происходит наклеп (упрочнение) металла. С увеличением степени холодной деформации увеличивается плотность дефектов, повышается прочность и твердость, а показатели пластичности (относительное удлинение и сужение) падают.

Для смягчения структуры проводят отжиг 1 рода. В зависимости от требуемой конечной твердости выбирают либо дорекристаллизационный отжиг (частичное устранение наклепа), либо рекристаллизационный (полное устранение наклепа).

С повышением температуры отжига интенсивность разупрочнения увеличивается. Особенно сильное снижение прочностных характеристик наблюдается при отжиге выше температуры начала рекристаллизации Тн.р (для металлов обычной чистоты Тн.р = (0,3...0,4) Тп.,).

На температуру начала рекристаллизации сильное влияние оказывает степень деформации. С увеличением степени деформации растет плотность дислокаций и соответственно внутренняя энергия, накопленная при деформации, Т.е. возрастает термодинамический стимул рекристаллизации и Тн.р снижается. Поэтому заметное разупрочнение, Т.е. процесс рекристаллизации, начнется раньше после деформации на 75 %.

2.8. Когда время отжига для снятия внутренних напряжений играет существенную роль и в каких случаях им можно пренебречь?

Решение

Наличие в металле остаточных внутренних напряжений вызывает упругую деформацию в соседних участках изделия. Если вызвать пластическое течение в этих участках, то произойдет релаксация остаточных напряжений. При повышении температуры предел текучести металлов сильно уменьшается и может оказаться значительно ниже уровня внутренних остаточных напряжений (рис. 2.4).

Поэтому, при повышении температуры выше некоторой температуры Т) создаются условия для локального течения в зонах с высоким уровнем напряжений. За счет пластической деформации остаточные напряжения снижаются до значения предела текучести приданной температуре отжига (см. рис. 2.4, стрелки). В этом случае время отжига существенной роли не играет.

При температурах отжига ниже Т) остаточные напряжения меньше предела текучести (см. рис. 2.4). В этом случае снижение остаточных напряжений происходит по механизму ползучести. Так как это процесс длительный, то время выдержки при температуре отжига учитывать необходимо. Оно составляет несколько часов и устанавливается экспериментально. Чем выше температура отжига, тем быстрее уменьшаются остаточные напряжения.