Теоретическое обоснование.

Аустенитный клинок.

Исследовательская работа.

Подготовил студент 1го курса ТулГУ

Естественно-научного факультета

кафедры материаловедения

Галкин Андрей.

Цель работы.

Цель этой работы – выработка технологии изготовления высококачественного режущего инструмента методом холодного деформирования.

Используемые источники информации.

Основной источник теоретических сведений – интернет, а так же справочник по химии Глинки для учащихся вузов нехимических специальностей и справочник по общей химии Л. Полинга 1964 года издания.

Средства и материалы.

Средствами служат инструмент для металлообработки (электрическая УШМ, ручная дрель, кузнечный молот, напильники, наковальня и прочее), материал для испытания режущих свойств клинка (капроновый шнур, резина, дерево) и материал из которого изготавливаются опытные ножи (различные марки углеродистых сталей, а так же высоколегированные аустенитные стали марок Х12Н8 и 110Г13Л)

Теоретическое обоснование.

Прежде всего стоит сделать экскурс в теорию железоуглеродного сплава и его состояний при различных температурах.

Эта диаграмма состояний сплава. У железоуглеродистого сплава есть 4 термодинамически устойчивых состояния: феррит, цементит, аустенит и эвтектика (ледебурит)

Феррит – это почти чистое железо с очень малой примесью углерода (порядка 0.0025%), α-кристаллическая решетка железа до точки Кюри (714* по цельсию) и после 1392* по Цельсию.

Цементит – химическое соединение железа с углеродом, т.е. карбид железа Fe₃C.

Аустенит – это раствор углерода в железе до 2,14% углерода, γ-кристаллическая решетка железа (соответственно от точки Кюри и до 1392).

Ледебурит – эвтектика, сплав, застывающий в определенной точке температуры.

Как видно из диаграммы сплавы железа с углеродом застывают не при одной строго фиксированной температуре, а в некотором интервале, который зависит от процентного содержания углерода в сплаве.

Что такое перлит? Перлит – это смесь цементита и феррита в виде перемежающихся тонких пластинок. Чистый перлит получается при закалке и последующем отпуске стали марки У8 с содержанием углерода 0.8 процентов. Перлит можно считать отдельной фазой из-за его структуры. Когда мы видим на диаграмме область, подписанную как феррит+перлит, то не надо думать, что это просто смесь цементита с ферритом с преобладанием феррита. Нет, это именно смесь кристаллов феррита и смеси тонких пластинок перлита. То же самое относится и к областям перлит+цементит и прочее.

Вообще перлит образуется при эвтектоидном распаде аустенита при температуре точки кюри. Происходит это по следующим причинам. Α-кристаллическое железо очень плохо растворяет в себе углерод, а γ-кристаллическое – наоборот, хорошо. Аустенит – твердый раствор углерода в железе, который неустойчив ниже точки кюри из-за перестройки кристаллической решетки железа из α в γ. Лишний углерод переходит в карбид. Но так происходит при достаточно медленном охлаждении, позволяющем молекулам успеть перестроиться. Если же охлаждение происходит быстро, то образуется другая фаза – мартенсит. Мартенсит – термодинамически неустойчивая структура твердого раствора углерода в железе с α-кристаллической решеткой. Атомы углерода располагаются на горизонтальных гранях кубической решетки железа. Мартенсита нет на диаграмме, т.к. при нагреве (менее чем до точки кюри) он распадается и превращается в перлит. Так происходит закалка и отпуск. Закалка – операция, служащая для получения мартенсита, а отпуск – для получения того или иного соотношения мартенсита и перлита.

Немного о физических свойствах получаемой стали. Мартенсит – твердое и хрупкое вещество, именно такая сталь после закалки. Перлит – прочное и довольно вязкое вещество, соотношение механических свойств у такой стали наилучшее, поэтому закаленную и отпущенную высоким отпуском сталь называют улучшенной. Промежуточные режимы отпуска позволяют сохранить твердость (низкий, до 250 по Цельсию) при увеличении вязкости или придать стали упругость (средний, до 450 по Цельсию). Средним отпуском обрабатывают пружинные стали марки 65Г и 65ГС, низким – инструментальные стали марок У7, У8, 9ХС и т.д.

Качество режущего инструмента и его стали определяется многими факторами, такими как чистота исходного сплава (содержание вредных примесей серы и фосфора), точности соблюдения режима термообработки (если сталь пререгревается, то аустенитное зерно растет, и это приводит к понижению ударной вязкости), длительностью и степенью горячего деформирования (известно, что если степень деформации превышает 8 раз, то сталь приобретает свойство кованной).

К недостаткам мартенсита можно отнести его хрупкость, неустойчивость при повышенных температурах.

Дата добавления: 2015-10-13