Методические указания к выполнению лабораторных работ по материаловедению Архангельск (стр. 2 из 2)
Режим любой термообработки состоит из нагрева, изотермической выдержки и охлаждения (рис.4).
В общем случае для доэвтектоидных (С <0,8%) углеродистых нелегированных сталей температуру нагрева Тн под отжиг, нормализацию или закалку определяют исходя из положения
критической точки А3 (линия окончания аустенитного превращения в доэвтектоидных сталях GS) по формуле:
Рис. 4. Схема термической обработки.
При отжиге или нормализации заэвтектоидных сталей (С>0,8%) температура нагрева выбирается точно также, однако, при нагреве под закалку, температуру определяют исходя из положения критической точки А1 (линия начала аустенитного превращения в заэвтектоидных сталях SK) по формуле:
Такая закалка заэвтектоидной стали называется неполной. В результате этой закалки сталь приобретает структуру мартенсита с мелкодисперсными цементитными включениями, что придает стали повышенную твердость и износостойкость по сравнению со сталью, имеющей чисто мартенситную структуру.
Общее время tоб складывается из продолжительности нагрева изделий до необходимой температуры t1 и выдержки при этой температуре в течение времени t2 (рис.4.)
Время нагрева t1 зависит от многих факторов. Обычно для углеродистой стали это время исчисляется по наименьшему размеру максимального сечения детали из расчета: 1…1,5 минуты на 1 мм этого размера. Время выдержки t2 составляет, как правило, 20% от времени нагрева t1
В качестве закалочных сред (охладителей) обычно применяют воду, водные растворы солей, щелочей, минеральные масла, кремнийорганические жидкости, иногда – воздух. Углеродистые (нелегированные) стали, как правило, закаливают в воде или водных растворах солей и щелочей.
Для интенсификации охлаждения рекомендуется перемещать закаливаемое изделие или обеспечивать циркуляцию охладителя. Средние скорости охлаждения, обеспечиваемые различными охлаждающими средами, приведены в табл.1.
Таблица 1
Средняя скорость
охлаждения в различных охладителях.
| Вид охладителя | Средняя скорость охлаждения, ˚/с |
| Воздух | 5 |
| Масло | 150 |
| Вода, 20˚С | 700 |
| Вода, 80˚С | 140 |
| Вода + 10% NaCl | 2100 |
| Вода + 10% NaOH | 1600 |
После закалки детали всегда подвергаются последующему отпуску. В практике различают три разновидности отпуска.
Низкотемпературный (низкий) отпуск проводят с нагревом до 250оС. Цель отпуска – снижение внутренних напряжений. Мартенсит закалки переходит в мартенсит отпуска. Высокая твёрдость, износостойкость и низкая ударная вязкость сохраняются. Данному отпуску подвергается режущий и измерительный инструмент.
Среднетемпературный (средний) отпуск проводится при температурах 350...500оС. Структура мартенсита переходит в троостит отпуска. Такой отпуск обеспечивает наиболее высокий предел упругости и несколько повышает вязкость. Применяется для рессор, пружин и других упругих элементов.
Высокотемпературный (высокий) отпуск проводят при температуре 500...680оС. Структура мартенсита закалки переходит в сорбит отпуска. После такого отпуска почти полностью снимаются внутренние напряжения, значительно повышается ударная вязкость. Прочность и твёрдость при этом снижаются, но остаются более высокими, чем при нормализации. Высокий отпуск создаёт наилучшее сочетание прочности и вязкости стали и полностью исключает вероятность хрупкого разрушения.
Время выдержки при нагреве под отпуск (с момента прогрева детали): низкий – 2,5…8 часов; средний – 1…2 часа; высокий – 0,5…1 час.
Режим охлаждения при отпуске незначительно влияет на свойства стали после отпуска.
Термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется улучшением.
4. Порядок выполнения работы.
Выполнение лабораторной работы включает следующие занятия:
1. До термообработки определить твёрдость образцов заданной стали. По твёрдости определить микроструктуру образцов.
2. Исследовать влияние различных видов термической обработки на структуру стали и её свойства:
а) при различном нагреве (выше точки А3 и ниже точки А1) и постоянной скорости охлаждения (в одинаковой среде – воде);
б) при различной скорости охлаждения (в воде, масле, на воздухе) и постоянной температуре нагрева (выше точки А3 для доэвтектоидной и А1 для заэвтектоидной стали);
в) при различных температурах отпуска закалённой доэвтектоидной стали.
3. По изменению твёрдости сделать соответствующие выводы о влиянии температуры нагрева и скорости охлаждения на изменение структуры и механических свойств углеродистой стали.
5. Содержание отчёта.
В соответствии с полученными результатами заполнить табл.2, указав условия опыта и полученные данные.
Таблица 2
| Мар-ка стали | Вид терми-ческой обра-ботки | Темпе- ратура нагре-ва, оС | Время нагре-ва, tоб, мин | Охла-дитель | Твёр-дость, | Cтрук-тура | |
| НВ | HRC | ||||||
Сделать общие выводы о закономерностях термической обработки.
Изучить сущность и назначение различных видов термической обработки.
Построить зависимость твердости стали от температуры отпуска (рис.5).
Рис. 5. Зависимость твердости закаленной стали от температуры отпуска.
6. Контрольные вопросы.
1. Что такое термообработка и с какой целью она производится?
2. Перечислить основные операции термической обработки.
3. Что такое аустенит и при каких температурах для углеродистых сталей эта структура устойчива?
4. Что такое мартенсит и каковы его свойства?
5. Что такое критическая скорость закалки?
6. Какие структуры получаются при охлаждении стали, нагретой до аустенитного состояния со скоростью ниже критической?
7. Что такое троостит и сорбит и в чём их отличие?
8. При каких условиях из мартенсита получаются сорбит и троостит?
9. Дать определение и указать назначение процессов: закалки, отпуска, отжига, нормализации.
10. Перечислите разновидности отпуска и их назначение.
11. Два образца стали закалены на мартенсит, одному сделан отпуск на 500оС, другому на 300оС. Сравнить их механические свойства после отпуска.
Литература.
Основная.
1. Арзамасов Б.Н. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1986. – 383с.
2. Гуляев Н.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1986. – 541с.
3. Лахтин Ю.М. металловедение и термическая обработка металлов. – М.: металлургия, 1983. – 369с.
4. Фиргер И.В. Термическая обработка сплавов: справочник. – М.: Машиностроение, 1982. – 304с.
Дополнительная
5. Башнин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А.Г. Технология термической обработки. – М.: Металлургия, 1986. – 424с.
6. Блантер М.Е. Теория термической обработки. – М.: Металлургия, 1984. – 328с.