Работа №5. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Работа №5. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Цель работы. Усвоение основных положений теории термической обработки металлов и сплавов. Изучение влияния скорости охлаждения на структуру и механические свойства стали при его термообработке: закалке, отпуске, нормализации и отпуске. Освоение экспериментального оборудования по термической обработке металла.

Общие сведения. Диаграмма состояния показывает фазовый состав сплавов в зависимости от температуры и концентрации компонентов. Она позволяет качественно характеризовать многие физико-химические, механические и технологические свойства сплавов, определить, при каких условиях можно получить ту или иную желаемую структуру с определенным комплексом свойств. Диаграммы состояния определяются по кривым охлаждения сплавов в условиях равновесия, т.е. при бесконечно медленных скоростях изменения температуры..

Однако практика термической обработки сталкивается с неравновесными процессами. При этом одними из важнейших становятся временной фактор и направление изменения температуры металла. Нагревая до определенной температуры, и затем охлаждая стальные детали и изделия, можно изменить структуру стали (не меняя химического состава) и тем самым получить различные комплексы свойств, требующиеся для работы различных деталей.

Термической обработкой называются процессы, связанные с нагревом и охлаждением, вызывающие изменение внутреннего строения, и в связи с этим изменения физических, механических и других свойств.

Основными видами термообработки являются закалка, отжиг, нормализация и отпуск.

Характеристика основных структур, получаемых при термообработке,

И их свойства

Мартенсит (сокращенно М) - пересыщенный твердый раствор углерода в альфа-железе ( a -Fe) той же концентрации, что и у исходного аустенита.

Мартенсит - структура твердая, хрупкая, напряженная, неустойчивая. Твердость мартенсита возрастает с увеличением в нем содержания углерода,

например: при С = 0,1% твердость М HRC 30 (HB 286);

при C = 0,7%, М HRC 65 (HB 671).

Мартенсит имеет наибольший удельный объем (т.е. наименьшую плотность), зависящий от содержания углерода (максимальный у эвтектоидной стали). Увеличение удельного объема вызывает внутренние напряжения, приводящие к деформациям или даже разрушению (закалочным деформациям и трещинам).

Троостит, сорбит, перлит (Т, С и П) - образующиеся из аустенита структуры, являются феррито - цементитными (Ф+Ц) смесями, имеющими сходное пластинчатое строение. Эти структуры отличаются друг от друга степенью дисперсности (измельченностью) пластинок цементита и феррита. Более тонкое строение (дисперсность) у троостита, более грубое - у перлита. Увеличение дисперсности повышает прочностные характеристики и твердость, но уменьшает пластические свойства стали.

Твердость троостита Т 350 - 500 НВ;

Твердость сорбита С 250 - 350 НВ;

Твердость перлита П 150 - 250 НВ;

В сталях на практике не бывает четкой границы между этими структурами.

П е р л и т

Способ охлаждения Температуры нагрева для отпуска

печь песок воздух масло вода 200 300 400 500 600 700°С

Рис.5. Диаграмма закономерностей процессов закалки и отпуска

.

Скорость охлаждения обеспечивается определенной охлаждающей средой. В качестве закалочных сред обычно применяют воду, водные растворы солей, щелочей, минеральные масла. Углеродистые стали чаще закаливают в воде.

Назначение закалки - получение высокой твердости.

Отпуск- термическая операция, заключающаяся в нагреве закаленной стали до температур ниже линии PSK, выдержке при этих температурах и охлаждении.

Назначение отпуска - снятие внутренних напряжений и получение необходимых свойств путем изменения структуры (повышение пластичности и вязкости).

Отпуск имеет важное практическое значение. Именно в процессе отпуска стальные изделия приобретают свойства, определяющие их поведение в эксплуатации. Температура отпуска обусловливается требованиями механических свойств детали.

Низкотемпературный (низкий) отпуск проводят с нагревом до 250°С. Цель - снижение внутренних напряжений. Мартенсит закалки переходит в мартенсит отпуска. Высокая твердость и износостойкость сохраняются. Сохраняется также низкая ударная вязкость. Данному отпуску подвергается металлорежущий инструмент.

Среднетемпературный (средний) отпуск проводится при температурах 350-500°С. Структура мартенсита переходит в троостит отпуска. Такой отпуск обеспечивает наиболее высокий предел упругости и несколько повышает вязкость. Такой отпуск применяется для рессор, пружин, а также инструмента, испытывающего ударные нагрузки.

Высокотемпературный (высокий) отпуск проводят при температуре 500-680°С. Структура мартенсита закалки переходит в сорбит отпуска. После такого отпуска почти полностью снимаются внутренние напряжения, значительно повышается ударная вязкость. Прочность и твердость при этом снижаются, но остаются более высокими, чем при нормализации. Высокий отпуск создает наилучшее сочетание прочности и вязкости стали.

ТО, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется улучшением.

Продолжительность отпуска зависит от конкретных изделий. Обычно в течение 1,5 часов напряжения снижаются до минимальной величины, соответствующей данной температуре отпуска. Некоторым изделиям (измерительный инструмент) делают более продолжительный отпуск.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Приготовить 4 образца углеродистой стали, зачистить напильником; отшлифовать.

2. Подготовить таблицу:

Таблица 1

3. Приготовить ванны для охлаждения:

вода и масло должны иметь уровень, обеспечивающий слой жидкости поверх образцов не менее 1 см;

подготовить место для воздушного охлаждения, положить керамическую плитку - поддон;

приготовить клещи (пинцет) и палочку для перемешивания воды;

4. Включить электропечь Laborterm S3. Поставить программу прогрева печи на 850°С и пусть печь держит эту температуру 30 минут.

Для этого во-первых необходимо нажать на нужные кнопки на графическом дисплее, потом ввести на цифровых клавишах требуемое значение величины:

задать температуру нагрева :

нажать на кнопочку у “ Т1 “, заморгает зеленая лампочка у нажатой вами клавиши;

t°С

T4

T3

T2

T1

время в мин

time time time time time time time time time time

start 1a 1b 2a 2b 3a 3b 4a 4b 4c

затем набрать на цифровом индикаторе “ 850”, индикатор покажет “ 850”.

задать время выдержки печи на температуре нагрева

нажать кнопочку у “time 1b”, заморгает лампочка у “time 1b”;

набрать на цифровом индикаторе “ 30” , индикатор покажет “00 30”.

нажать на кнопку “ENTER”

нажать на кнопку “START”.

Загорится ровным светом лампочка у “time 1а”, это означает, что печь начала нагреваться с максимальной скоростью до заданной вами температуры.( Если бы задали “time 1а”- время нагрева, то печь старалась бы выдержать определенную скорость нагревания). Цифровой индикатор начинает показывать температуру в камере.

При достижении заданной температуры загорится ровным светом лампочка у “time +-1b”, и после времени выдержки (здесь 30 минут) печь отключится ( или начнет отрабатывать заданную вами температуру “Т2” за указанное по “time 2а” время).

5. При достижении рабочей температуры печи, используя средства индивидуальной защиты, открыть дверцу и поместить образцы в печь, закрыть дверцу;

6. При достижении срока нагрева, определяемого по эмпирической зависимости: 1-1,5 мин на каждый мм по наибольшему сечению материала, вынуть их из печи и как можно быстрее поместить их в приготовленные ванны;

Воду нужно перемешивать приготовленной заранее палочкой.

7. Образцы высушить, почистить, отшлифовать.

8. Определить твердость HRC каждого образца, результаты занести в табл.1.

9. Сделать анализ результатов работы.

10. Подготовить отчет по работе.

11. Подготовиться к коллоквиуму и сдать работу.

Контрольные вопросы.1. Влияние энергетических факторов на переструктурирование в металле при термообработке; 2. Влияние температуры на концентрацию зародышей кристаллообразования; 3. Диффузионный механизм переструктурирования металлов; 4. Диаграмма состояния железо-карбид железа; 5. Закаливаемые стали. 6. Диаграммы изотермического распада аустенита; 7. Перлитное, аустенитное и мартенситное превращение; 8. Структуры закалки и отпуска; 9.. Влияние термической обработки на свойства стали; 10. Влияние скорости охлаждения на структуру стали; 11.Технология закалки, отжига, нормализации и отпуска.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1986.- 544 с.

2. Лахтин .Материаловедение. - М.:Высшая школа, 1987.- 480 с.

Работа №5. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Цель работы. Усвоение основных положений теории термической обработки металлов и сплавов. Изучение влияния скорости охлаждения на структуру и механические свойства стали при его термообработке: закалке, отпуске, нормализации и отпуске. Освоение экспериментального оборудования по термической обработке металла.

Общие сведения. Диаграмма состояния показывает фазовый состав сплавов в зависимости от температуры и концентрации компонентов. Она позволяет качественно характеризовать многие физико-химические, механические и технологические свойства сплавов, определить, при каких условиях можно получить ту или иную желаемую структуру с определенным комплексом свойств. Диаграммы состояния определяются по кривым охлаждения сплавов в условиях равновесия, т.е. при бесконечно медленных скоростях изменения температуры..

Однако практика термической обработки сталкивается с неравновесными процессами. При этом одними из важнейших становятся временной фактор и направление изменения температуры металла. Нагревая до определенной температуры, и затем охлаждая стальные детали и изделия, можно изменить структуру стали (не меняя химического состава) и тем самым получить различные комплексы свойств, требующиеся для работы различных деталей.

Термической обработкой называются процессы, связанные с нагревом и охлаждением, вызывающие изменение внутреннего строения, и в связи с этим изменения физических, механических и других свойств.

Основными видами термообработки являются закалка, отжиг, нормализация и отпуск.