Основные операции термической обработки

Термическая обработка (сокращенно ТО) подразделяется на предварительную и окончательную.

Предварительная обработка - отжиг и нормализация, применяется часто при подготовке структуры стали для последующей обработки (давлением, резанием и т.д.)

В качестве окончательной обработки применяют, как правило, закалку с последующим отпуском.

Иногда отжиг и, чаще, нормализация могут быть окончательной операцией, если эти операции дают нужные механические свойства по условиям работы детали.

Режим любой ТО можно представить схематически в координатах “температура (T) - время ( t )” (рис.4).

Рис. 3. Температуры нагрева при термической обработке стали

Для большинства марок стали численное значение температуры нагрева T_н определяется положением критических точек A_с1 (т.е. по линии PSK) и A_с3 (линия GS) :

для доэвтектоидных сталей T_н = A_с3 + (30 …50°);

для заэвтектоидных сталей T_н = A_с1+ (30 …50°)

Нагрев ниже A _с3 для доэвтектоидных сталей нежелателен, т.к. сохраняется часть феррита.

Для заэвтектоидных сталей целесообразен нагрев ниже A_ст (линия SЕ), т.к. при этом сохраняется цементит, повышающий твердость и износостойкость стали. Нагрев выше A_ст , являясь менее экономичным, дает после закалки крупноигольчатый мартенсит без цементита, с повышенным количеством остаточного аустенита - структуры менее твердой, но хрупкую за счет грубой структуры мартенсита.

T Закалка, отжиг или

нормализация

Т_н

A_с1 , A_с3 или A_ст Отпуск:

T_выс высокий

T_ср средний

Т_низ низкий

t , время

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.