Влияние химико-термической обработки на свойства стали 20

4.1 Влияние химико-термической обработки на свойства стали 20

В работе исследовались различные режимы химико-термической обработки (ХТО) стали 20 для получения оптимальной структуры и физико-механических свойств. В будущем это позволит заменить детали из высоколегированных сталей деталями из стали 20.

Для работы били использованы литые прутки диаметром Ø 20мм, которые в последствие были распилены на образцы треугольного сечения.

Механические свойства стали 20 в сыром состоянии: временное сопротивление разрыву σ_в=420МПа, относительное удлинение δ=25%, относительное сужение ψ=55021.

Сравнивалось влияние различных видов ХТО твердость, временное сопротивление разрыву, предел текучести условный, относительное удлинение, относительное сужение, плотность, а также коэффициент линейного расширения.

4.1.1 Влияние нагрева в интервале 20-450°С и последующего электролитического наводороживания в течение 1ч в 20%-ом растворе H₂SO₄ на механические свойства стали 20

Оценивалось влияние нагрева в интервале 20-450°С (τ=10ч, воздух) с последующим электролитическим наводороживанием в течении 1 часа в 20%-ом растворе H₂SO₄  на механические свойства стали 20. Результаты эксперимента представлены в таблице 4.1 и на рисунке 4.1,4.2,4,3,4,4.

Таблица 4.1 Влияние нагрева в интервале 20 - 450°С (τ=10ч, воздух) на механические свойства стали 20 (электролитическое наводороживание в течении 1ч в 20-ом % H₂SO₄)

Временное сопротивление разрыву σ_в 

Влияние нагрева в интервале 20-450°С на механические свойства стали 20 проводилось на основании анализа цепочки, охлаждение на воздухе с выдержкой 10часов и последующем электролитическом наводороживание в течение 1часа в 20%-ом растворе H₂SO₄.

Анализируя полученные данные видно, что временное сопротивление разрыву равномерно повышается и достигает своего максимального значения 555МПа при температуре нагрева 100°С, затем наблюдается равномерный спад до 200°С.

При дальнейшем нагреве от 200 до 300°С происходит незначительное повышение σ_в при 250°С, а затем спад до 300°С, где достигает минимального значения 400МПа.

При 350°С наблюдается заметное повышение σ_в до 495°С. Дальнейший нагрев не приводит к каким либо серьезным изменениям.

Предел текучести условный σ_0,2

Влияние нагрева на предел текучести оценивалось по той же цепочке, что и временное сопротивление разрыву.

При нагреве до 100°С наблюдается подъем предела текучести до 400МПа. В интервале 100-250°С значение σ_0,2 монотонно снижается и при 250°С составляет 313МПа.

Дальнейший нагрев до 350°С дает некоторый прирост σ_0,2 до 365МПа, последующее повышение температуры приводит к понижению значения σ_0,2.

Относительное удлинение δ

Оценивалось влияние температуры нагрева в интервале 20-450°С при выдержке 10часов и последующем электролитическом наводороживание в течение 1часа в 20%-ом растворе H₂SO₄.

До 80°С четкой зависимости изменения δ от температуры нагрева не выявлено.

При дальнейшем нагреве от 100 до 300°С относительное удлинение увеличивается и составляет 25,0-34,8%.

C 300 до 350°С значение δ снижается и составляет 31,0%, затем с 350 °С происходит подъем относительного удлинения и к 400°С оно достигает максимального значения 37,0%. Дальнейший нагрев ведет к снижению относительного удлинения.

Относительное сужение ψ

Влияние нагрева на относительное сужение оценивалось по той же цепочке, что и относительное удлинение.

До 100°С никаких серьезных изменений не происходит относительное сужение монотонно возрастает и составляет 58,5%. Затем в интервале 100-150°С происходит небольшой спад значения относительного сужения.

Повышение значения относительного сужения наиболее сильно заметно в интервале 150-200°С, оно составляет 57,5-67,5%. При 250°С замечен незначительный спад относительного сужения, но в целом в интервале 200-300°С значение остается на одном уровне.

C 300 до 350°С значение относительного сужения  нагретых образцов резко падает и составляет 60,0%. Затем вновь происходит скачек относительного сужения при температуре нагрева 400°С оно составляет 65,5%.

Дальнейший нагрев четкой зависимости изменения относительного сужения от температуры нагрева не выявлено.