Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Термическая обработка углеродистой сталиСодержание книги
Похожие статьи вашей тематики
Поиск на нашем сайте
Цель работы: изучить технологию термической обработки углеродистой стали, определить влияние скорости охлаждения на твердость стали после термической обработки.
Теоретические сведения
Термической обработкой стали называется технологический процесс, заключающийся в нагреве стали до определенной температуры, выдержке и последующем охлаждении с заданной скоростью. При термической обработке необходимые свойства стали получают, изменяя ее структуру без изменения химического состава. При нагреве и охлаждении при определенных температурах в стали наблюдаются фазовые превращения. Такие температуры называются критическими точками. Их принято обозначать буквой А. Критическая точка А1 лежит на линии PSK (727 °С) диаграммы «железо – углерод» и соответствует превращению перлита в аустенит (рису-
Рисунок 13.1 – Обозначение критических точек стали
При термической обработке стали различают четыре основных превращения: 1. При нагреве выше АС1 перлит (ферритно-цементитная смесь) превращается в аустенит. Выше АС3 сталь находится в однофазном аустенитном состоянии. При этом чем выше температура нагрева, тем крупнее получается зерно аустенита. 2. При охлаждении ниже АС1 аустенит превращается в перлит. Превращение наблюдается как в изотермических условиях, так и при непрерывном охлаждении. Следует отметить, что чем выше скорость охлаждения, чем ниже температурный интервал распада аустенита, тем дисперснее получается смесь феррита и цементита. Продукты распада аустенита (перлит, сорбит, троостит) имеют пластинчатое строение. Твердость их зависит от степени дисперсности (рису-
Рисунок 13.2 – Влияние скорости охлаждения аустенита на характер образующихся продуктов
3. При охлаждении со скоростью выше критической (vк) аустенит превращается в мартенсит – пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе. Мартенсит имеет игольчатую структуру и тетрагональную объемно-центрированную решетку. Твердость мартенсита лежит в пределах 55…65 HRC (см. рисунок 13.2). 4. При нагреве ниже АС1 мартенсит превращается в перлитные структуры. Основными факторами термической обработки являются температура и время, поэтому режим любой термической обработки можно представить в виде графика в координатах «температура – время» (рисунок 13.3). Этап АВ характеризует скорость нагрева сплава, этап ВС – выдержку при данной температуре, v1, v2, v3 – скорость охлаждения. Изменяя скорость охлаждения сплава, нагретого до определенной температуры, можно получить разные структуры и свойства, т.е. произвести различную термообработку. Стали подвергаются следующим основным видам термической обработки: отжигу, нормализации, закалке, отпуску. Отжиг. Это процесс нагрева стали до заданной температуры, выдержки и медленного охлаждения (с печью). Он относится к предварительной термической обработке. Отжигом достигаются следующие цели: 1) снятие внутренних напряжений; 2) получение минимальной твердости; 3) исправление структуры кованой, литой и перегретой стали; 4) устранение дендритной ликвации (химической неоднородности) в пределах каждого зерна.
Рисунок 13.3 – График термической обработки
Различают отжиг I и II рода. Проведение отжига I рода не связано с фазовыми превращениями. В зависимости от температуры нагрева различают следующие виды отжига: Диффузионный отжиг (гомогенизация). Он применяется с целью устранения в легированной стали дендритной ликвации. При таком отжиге с целью интенсификации диффузионных процессов сталь нагревается до 1000 – 1100 оС и подвергается длительной выдержке (18 – 24 ч). Рекристаллизационный отжиг, который производится с целью устранения наклепа металла после холодной пластической деформации. Температура нагрева при этом виде отжига выбирается на 150 – 250 оС выше температуры рекристаллизации (Тр) обрабатываемого сплава. Рекристаллизационный отжиг углеродистой стали осуществляется при температуре 600 – 700 оС. Низкий отжиг. Температура нагрева – ниже нижней критической точки на 100 – 50 оС: Тн = АС1 – (100 … 50) оС. Нагрев не сопровождается фазовыми превращениями, поэтому структура таким отжигом не исправляется. Применяется для снятия внутренних напряжений. Отжиг II рода связан с фазовой перекристаллизацией и может быть неполным и полным. Неполный отжиг проводится при температуре выше АС1:
Тн = АС1 + (30…50) оС.
Нагрев сопровождается частичной фазовой перекристаллизацией и приводит к исправлению перлитной составляющей, феррит (цементит) не претерпевает изменения. Для доэвтектоидных сталей неполный отжиг применяется редко, в заэвтектоидных – приводит к образованию зернистого перлита. Доэвтектоидная сталь: Заэвтектоидная сталь: . Полный отжиг. Температура нагрева – выше АС3:
Тн = АС3 + (30…50) оС.
Нагрев приводит к полной фазовой перекристаллизации и, следовательно, исправлению структуры:
.
Полный отжиг применяют для доэвтектоидных сталей. С помощью полного отжига достигаются 1 – 3-я цели. Нагрев на 30 – 50 оС выше критических точек приводит к образованию мелкого зерна аустенита. Последующее охлаждение обеспечит образование мелкозернистой структуры с хорошими механическими свойствами. Перегрев приводит к образованию крупного зерна и впоследствии – видманштеттовой структуры (рисунок 13.4).
Рисунок 13.4 – Схема изменения зерна перлита в зависимости от температуры нагрева аустенитного зерна Нормализация. Это нагрев стали выше верхней критической точки (АС3или АСm), выдержка до полного образования аустенита и последующее охлаждение на спокойном воздухе (кривая охлаждения v2 на рисунке 13.3). От полного отжига нормализация отличается ускоренным охлаждением. В этом случае распад аустенита происходит в более низком температурном интервале, поэтому зерно получается мельче, чем после отжига. Твердость нормализованной стали выше твердости отожженной стали. Закалка. Это термическая обработка, состоящая в нагреве стали выше критической точки АС3 или АС1, выдержке до полного образования аустенита и последующем быстром охлаждении со скоростью выше критической. Цель закалки – получить мартенситную структуру, обладающую высокой твердостью. Доэвтектоидные стали подвергаются полной закалке:
Тн = АС3 + (30…50) оС.
.
Заэвтектоидные стали подвергаются неполной закалке:
Тн = АС1 + (30…50) оС.
.
Скорость охлаждения выбирается в соответствии с диаграммой изотермического превращения аустенита так, чтобы весь аустенит переохладился до мартенситной точки Мн. Для этого скорость охлаждения должна быть выше критической (v4 > vк на рисунке 13.2). Чем устойчивее аустенит в стали, тем меньше значение vк, тем с меньшими скоростями можно охлаждать сталь при закалке. В качестве охлаждающих сред обычно применяют воду, масло или растворы солей. Закаленная сталь со структурой мартенсита обладает высокой твердостью, хрупкостью и пониженной вязкостью. Поэтому после закалки сталь всегда подвергают отпуску. Отпуск. Нагрев закаленной стали до температуры ниже АС1 ивыдержка с последующим охлаждением на воздухе называется отпуском. Его цель – снять напряжения, возникшие при закалке; получить структуру с заданным комплексом механических свойств. Применяются три вида отпуска. Низкий отпуск проводят при температуре 150 – 200 °С с получением структуры мартенсит отпуска (58 – 60 HRC). Применяется в основном для инструментальных сталей. Средний отпуск проводят при температуре 350 - 450 °С на структуру троостит отпуска. Применяется для пружинных сталей. Высокий отпуск – при температуре 550 - 650 °С на структуру сорбит отпуска. Применяют для конструкционных сталей, так как зернистая структура сорбита отпуска обладает хорошим комплексом механических свойств (прочность, пластичность, вязкость). Закалка с последующим высоким отпуском называется улучшением стали. Закалка в сочетании с отпуском является окончательным видом термической обработки изделий.
Материалы и принадлежности
· Образцы углеродистой стали в отожженном состоянии – 3 шт. (сталь 40, 45 или У10, У12). · Лабораторные печи для термической обработки. · Приспособления для загрузки (выгрузки) образцов в печь. · Закалочный бак с холодной водой. · Наждак. · Твердомер ТК (Роквелл) с шариком и алмазным наконечником. · Микроскопы, × 200…300. · Коллекция микрошлифов.
Порядок проведения работы
13.3.1 Получить образцы для работы и ознакомиться с маркой стали, химическим составом, критическими точками (таблица А.4). Измерить и записать размеры образцов и их твердость на приборе Роквелла по шкале В (HRB). Посмотреть и зарисовать микроструктуру исходного образца (отожженного). 13.3.2 Подсчитать время нагрева (τн) и время выдержки (τв) образцов в печи. Время нагрева подсчитывается из расчёта 1 мин. на 1 мм минимального сечения образца, а время выдержки τв = 0,5 τн. Общее время нахождения образца в печи τ = τн + τв. Загрузить образцы (два) в нагретую печь, выдержать τ минут. Один образец охладить на воздухе, второй – в воде. Термическую обработку третьего образца (отжиг) предварительно выполняет лаборант. Термически обработанные образцы зачистить на наждаке до металлического блеска. 13.3.3 Измерить твёрдость термически обработанных образцов на приборе Роквелла: отожженный и нормализованный образцы – по шкале В (HRB), закаленный – по шкале С (HRC). Изучить микроструктуру термически обработанных образцов, зарисовать. 13.3.4 Оформить отчёт.
Оформление отчета
Исходное состояние образцов
Марка стали … Химический состав … Критические точки АС1 = … АС3 = … Структурная группа … Форма и размеры образцов … Исходное состояние – отожженное. Микроструктура (×240) в исходном состоянии:
Зарисовать, указать структурные составляющие.
|
||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-08-26; просмотров: 1052; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 35.173.48.18 (0.01 с.) |