ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ И ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

Практическая часть работы выполняется в следующем порядке:

1. Группе студентов до 3-4 человек преподаватель указывает номер выполняемого задания. Текст задания каждый студент записывает себе в отчет.

2. В соответствии с заданием преподаватель назначает марку стали, определяется ее структурный класс.

3. Определяется по заданию вид термической обработки: закалка, отжиг, закалка с отпуском.

4. Далее переходят к назначению режимов термической обработки:
температуры нагрева, времени нагрева и выдержки, охлаждающей среды. Некоторые показатели режима в зависимости от конкретного зада­ния указываются преподавателем.

Температура нагрева подсчитывается по формулам, приведенным в табл. 10. Численные значения температур фазовых превращений Aс₁ и Aс₃ принимаются по данным табл. 11. При этом вычисляют два численных значения температуры: минимальное t_min и максимальное t_max. Эти значения температуры характеризуют оптимальный интер­вал температуры нагрева. Фактическая величина температуры в печи должна находиться в этом интервале (не ниже t_min).

Пример. Закалка стали У12 (Aс₁=730°С): t_min = 730 + 70 = 800°С;

t_max = 730 + 100 = 830°С.

Таблица 10. Температуры нагрева и охлаждающие среды при термической обработке стали

Таблица 11. Температуры критических точек Ас₁, Ас₃ , Асm некоторых сталей

Время нагрева образцов до заданной температуры вычисляют по следующей эмпирической зависимости: t_н = 1,5 Д , мин,

где Д - диаметр или толщина образца мм.

Время выдержки при заданной температуре t_в = 0,2 t_н , мин. Общее время от загрузки образцов в рабочую камеру печи до их выгрузки из печи составляет сумму времени нагрева и выдержки:

t = t_н + t_в

Пример. Диаметр образца равен 12 мм:

t_н = 1,5 ×12 = 18 мин; t_в = 0,2 × 18 = 3,6 мин; t= 18,0 + 3,6 = 21,6 мин.

Охлаждающая среда при термической обработке стали назначается по табл.10.

Студенты получают у лаборанта образцы стали заданной марки и зачищают их от заусенцев на заточном станке (точиле). Далее лаборант измеряет твердость образцов до термообра­ботки методом Роквелла по шкале НRВ. Полученное число твердости переводится по таблице в шкалу НВ. Величину твердости записывают в таблицу.

После этого образцы с помощью щипцов загружаются в печь под ру­ководством лаборанта. Предварительно печь отключается от электри­ческой сети. После загрузки образцов в печь дверца закрывается, и печь включается в электрическую сеть. По истечений времени нагрева и выдержки печь отключается от электрической сети, образцы с по­мощью щипцов быстро выгружаются из печи и помещаются в заданную охлаждающую среду.

После завершения охлаждения образцы зачищаются на заточном станке (точиле) и лаборант измеряет твердость в зависимости от ви­да термической обработки по шкале НRС или HRB. Полученные числа твердости переводятся по таблице в шкалу НВ. Величины твердости записывают в таблицу. Форма таблицы для записи результатов термической обработки по всему заданию дана ниже:

Влияние термической обработки на твердость стали

В работе несколько человек студентов выполняют одно из практи­ческих заданий по термической обработке сталей с заданным содер­жанием углерода. На небольших образцах сталей в лабораторных усло­виях имитируется реальная термическая обработка заготовок, деталей машин и инструментов. Практические задания даны ниже.

ЗАДАНИЕ 1. Изучение влияния охлаждающей среды (скорости охлаждения) на твердость стали.

Четыре образца углеродистой стали заданной марки нагреть, выдержать и охладить: первый образец в воде (полная закалка), второй - в минеральном масле (частичная закалка), третий - на воздухе (нормализационный отжиг), четвертый - в печи (полный отжиг). Измерить твердость образцов до и после термической обработки.

Таблица 12. Скорость охлаждения в различных средах

По полученным данным строится график зависимости твердости стали от скорости охлаждения. Сделать выводы: после каких видов терми­ческой обработки достигается максимальная и минимальная твердость стали; - о влиянии скорости охлаждения на твердость стали.

ЗАДАНИЕ 2. Изучение влияния закалки на твердость стали с различным содержанием углерода.

Для нескольких образцов углеродис­тых сталей разных марок проводится закалка. Измеряется твердость образцов до и после закалки.

По полученным данным строятся два графика зависимости твердос­ти от содержания углерода (до закалки для сталей марок У7, У8, У10 и после закалки для всех изученных сталей). Сделать выводы: -о влия­нии закалки одной марки стали на твердость и о влиянии содержания углерода на твердость закаленной стали.

ЗАДАНИЕ 3. Изучение влияния температуры отпуска на твер­дость закаленной стали .

Три образца стали одной марки подвергнуть закалке. Измерить твердость каждого образца до и после закалки.

Провести отпуск закаленных образцов при температуре: первого—200°С, второго - 400°С, третьего - 600°С. Время нагрева и выдержки 30 мин. Измерить твердость после отпуска.

По полученным данным построить график зависимости твердости от температуры отпуска. Сделать выводы: -о влиянии температуры отпуска закаленной стали на твердость; -после отпуска при какой температу­ре достигается наиболее высокая и наименьшая твердость исследуемой стали.

По полученным данным на доске проводят пост­роение графиков зависимостей твердости НВ от изменяемых факторов: содержания углерода в стали; скорости охлаждения при термической обработке; температуры отпуска закаленных образцов. Для этого каж­дый студент отмечает в соответствующих координатах эксперименталь­ные точки.

Далее студенты по заданиям формулируют выводы, которые записываются в отчет. Выводы в отчете каждого студента приводятся по всем трем заданиям.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Итоги проведенной работы оформляют в отчете, который должен содержать следующие разделы:

1. Цель работы.

2. Оборудование, приборы и материалы, использованные при выполнении работы.

3. Теоретические положения: понятие термической обработки, ти­повые виды предварительной и окончательной термической обработки конструкционных сталей, графики термической обработки.

4. Методика проведения работы и полученные результаты. Задание по термической обработке, марка стали, вид термической обработки, выбор режима термической обработки, таблица результатов по всему заданию. Три графика зависимости твердости от изучаемых факторов по всем заданиям.

5. Выводы по работе.

В конце занятия преподаватель путем устного опроса проверяет усвоение знаний по вопросам для самопроверки. Оформленные отчеты проверяются и подписываются преподавателем.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К РАБОТЕ

И САМОПРОВЕРКИ

1. Понятие термической обработки.

2. Какие основные виды термической обработки применяются в машиностроении?

3. Какое влияние оказывают полный отжиг и полная закалка с от­пуском на механические свойства конструкционной стали?

4. Какие печи применяются для термической обработки в лаборатории материаловедения?

5. Для каких целей применяются потенциометры?

6. Понятие твердости материалов.

7. Как определяется температура нагрева при закалке и отжиге?

8. Какая охлаждающая среда применяется в случае нормализацион-
ного отжига?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная:

Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов: учеб. для студентов машиностр. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюшин; под ред. Г.П. Фетисова. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 2005. 862 с.

Дополнительная:

Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: учеб. для вузов / Б.Н. Арзамасов [и др.]; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. – 7-е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 648 с.