Термообработка стали У12 (или стали У8)

Вид ТО	Режим ТО	Твердость по:	Структура
темпера-тура, °С	выдержка, мин.	охлажда-ющая среда	Роквеллу	Бринеллю
Отжиг
Нормализация
Закалка
Низкий отпуск
Средний отпуск

 

Содержание отчета

1. Название работы и цель.

2. Заполненные таблицы 7.1 и 7.2.

3. Графики зависимости твердости (HB) сталей 50 и У12 от вида термообработки.

4. Рисунки и описание микроструктур.

5. Выводы.

9.5. Контрольные вопросы

1. Дайте определение:

− термической обработке;

− отжигу;

− нормализации;

− закалке;

− отпуску;

− полной закалке;

− неполной закалке;

− критической скорости охлаждения;

− улучшению;

− мартенситу;

− трооститу;

− сорбиту;

− конструкционным сталям;

− инструментальным сталям?

2. С какой целью проводится термическая обработка стали?

3. У каких сплавов можно повысить прочность при термической обработке?

4. Какая структура получается в доэвтектоидных сталях после отжига, нормализации, закалки?

5. Какая структура получается в заэвтектоидных сталях после отжига, нормализации, закалки?

6. Какая структура получается в стали после низкого, среднего и высокого отпуска?

7. Как и почему изменяется твердость доэвтектоидных сталей при изменении температуры закалки: ниже А₁; выше А₁, но ниже А₃; немного выше А₃ значительно выше А₃?

8. Как и почему изменяется твердость заэвтектоидных сталей при изменении температуры закалки: ниже А₁; выше А₁, но ниже А_ст;выше А_ст?

9. Какая температура закалки дает максимальную твердость в доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях?

10. Как изменяются механические свойства стали при повышении температуры отпуска?

11. Какая структура получается в доэвтектоидных сталях после неполной закалки?

12. Какая структура получается в заэвтектоидных сталях после закалки с температуры выше А_ст?

13. Какая структура получатся после закалки в масло доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей?

14. Почему при закалке в масло по сравнению с закалкой в воду твердость стали понижается?

15. Какие структуры и механические свойства приобретает сталь после улучшения?

16. С какой целью применяют отжиг сталей, нормализацию, закалку, отпуск?

17. Какая окончательная термическая обработка обычно проводится для деталей машин и инструмента?

18. Какой дефект получается при перегреве стали?

19. Как обозначаются конструкционные и инструментальные углеродистые стали?

20. Какие линии на диаграмме Fe-Fe₃C обозначаются А₁, А₃, А_ст?

Литература

1. Материаловедение: учебник для вузов / Б. Н. Арзамасов, В. И. Макарова, Г. Г. Мухин и др. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. − 648 с.

2. Геллер Ю. А., Рахштадт А. Г. Материаловедение. − М.: Металлургия, 1975. − 447 с.

3 индивидуальное задание по теме «Термическая обработка сталей»

Варианты задания

№ варианта	Марка материала детали	Вид детали		№ варианта	Марка материала детали	Вид детали
	У7	шабер			рессора
		вал			полуось
		шестерня			распред. вал
		пружина			кулачная шайба
	У12	резец		У8А	кернер
		ось			шатунный болт
		молоток			зубчатое колесо
	У8	зубило			червячное колесо
	У13	напильник		У7А	отвертка
		шатун		У10А	сверло
		шпонка		У12А	плашка
		шкив тормозной			линейка к малке
		рычаг			малка
		шпиндель станка			чертилка
	У10	надфиль		У10	развертка

 

Порядок выполнения задания 9

1. Задать способ изготовления заготовки детали. (Заготовка литая, кованая, катаная и др. варианты).

2. Описать процесс термической обработки заготовки перед механической обработкой, с указанием температурных режимов, графиков термической обработки (в координатах температура-время) и изображением макро- и микроструктуры заготовки до и после предварительной термической обработки.

3. Описать процесс термической обработки заданной детали для придания ей оптимальных эксплуатационных свойств.

4. Представить график заключительной термической обработки и указать на нем температуры термической обработки и вид охлаждения.

5. Схематически изобразить микроструктуру детали на разных этапах термической обработки.

Контрольные вопросы

1. В каких координатах представляют графики термической обработки?

2. При какой температуре отпуска образуется в закаленной стали структура сорбит отпуска?

3. От чего зависит закаливаемость стали?

4. От чего зависит прокаливаемость стали?

5. Какие стали практически не закаливаются?

6. Как обозначается критическая точка превращения аустенита в перлит?

7. Какая структура формируется из аустенита при малых степенях его переохлаждения?

8. Какой вид отжига назначают для устранения дендритной ликвации слитков стали?

9. Что называют термическим улучшением стали?

10. Какой вид термической обработки приводит сталь в равновесное состояние?

11. После закалки стали 45 получена структура “мартенсит+феррит”. В чем причина брака?

12. Назовите закалочную среду, обеспечивающую высокую скорость охлаждения.

13. Какой термической обработке подвергают детали после цементации?

14. Как называют мельчайшую феррито-цементитную смесь?

15. От чего зависит твердость феррито-цементитной смеси?

16. Чем отличается сорбит от троостита отпуска?

17. В каких случаях отжиг целесообразно заменять нормализацией?

18. Сталь какой марки чувствительнее к закалочным напряжениям?

19. Какие стали обычно подвергают цементации?

20. В каких случаях назначают среднетемпературный отпуск детали?

Лабораторная работа № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВА НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ

8.1. Цель работы:

− исследовать и изучить влияние основных параметров термической обработки на механические свойства сплава;

− ознакомиться с основными видами термической обработки сплава;

− установить связь между структурой и диаграммой сплава.

 

Теоретическое обоснование

Все сплавы на алюминиевой основе по технологическим признакам можно разделить на:

− деформируемые, не упрочняемые термической обработкой;

− деформируемые, упрочняемые термической обработкой;

− литейные;

Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термообработкой, не имеет фазовых превращений в твердом состоянии (рис. 10.1), т. е. они однофазные. Эти сплавы характеризуются невысокой прочностью, высокой пластичностью и высокой коррозионной стойкостью. К ним относятся сплавы алюминий-марганец (АМц) и алюминий-магний (АМг).

Рис. 8.1. – Классификация алюминиевых сплавов по диаграмме состояния

алюминий-легирующий элемент (схема)

Деформируемые сплавы, упрочняемые, термообработкой являются двухфазными. Наиболее распространенным представителем таких сплавов является дуралюмин (Д1, Д16 и др.) − сплав алюминия с медью, марганцем, магнием.

Дуралюмины хорошо деформируются в холодном и горячем состоянии. После холодной деформации дуралюмины подвергают рекристаллизационному отжигу при температуре 340-370 °С.

Термическая обработка дуралюмина состоит из закалки от температуры 490-510 °С с охлаждением в воде. После закалки дуралюмин подвергают старению, что придает ему высокую прочность и твердость.

Естественное старение происходит при комнатой температуре в течении 5-7 суток. Искусственное старение проводят при 150-180 °С в течение 2-4 часов.

Микроструктура дуралюминов после закалки состоит из светлых кристаллов твердого раствора на основе алюминия и темных включений CuAl₂ (рис. 8.2).

Рис. 8.2. – Микроструктура дуралюминия (закалка и старение), 200^x

Литейные сплавы алюминия с кремнием называются силуминами (АЛ2).

Часть диаграммы алюминия с кремнием приведена на рисунке 8.3.

Рис. 8.3. – Диаграмма состояния алюминий-кремний

Эти сплавы, как правило, содержат 6-13 % Si, который ограниченно растворяется в алюминии, образуя α -фазу. При содержании 11,6 % кремния образуется эвтектика, состоящая из α -фазы и практически чистых кристаллов кремния, поэтому механические свойства таких сплавов низки. Механические свойства этих сплавов повышают путем модифицирования.

Силумины с добавками меди, магния и марганца подвергают закалке с температуры 520-540 °С, с целью повышения механических свойств. Искусственное старение проводят при 150-180 °С в течение 10-20 час.

Химический состав (%) и некоторые свойства деформируемых и литейных сплавов на основе алюминия представлены в таблице 1 приложения 2.

Особенность термической обработки алюминиевых сплавов по сравнению со сталью заключается в том, что алюминиевые сплавы имеет очень низкий интервал температур закалки и отпуска, поэтому необходимо соблюдать очень строго температурный режим. Кроме того, соблюдение высокой точности при выполнении термической обработки вызвано тем, что алюминиевые сплавы склонны к перегреву, а исправление перегрева, т. е. измельчение зерна, никакими видами термической обработки получить не возможно. Еще одной особенностью термической обработки являются очень длительные выдержки при нагреве под закалку и особенно при отпуске.

В закаленном твердом растворе атомы элементов в начале распределены равномерно в решетке алюминия, затем постепенно происходит изменение концентрации и перераспределение элементов. Механизм распада пересыщенного твердого раствора закалки происходит во временном и температурном пространстве. На отдельных атомных плоскостях образуются участки, обогащенные медью и другими элементами за счет обеднения других участков; обогащенные участки решетки называются зонами Гинье-Пристона. Возникающая при этих процессах химическая неоднородность приводит к искажениям решетки, возникают напряжения, что и является основной причиной повышения прочности сплавов. Если распад пересыщенного твердого раствора закалки происходит при комнатной температуре, этот процесс называют естественным старением, если при повышенных температурах – искусственным старением.

 

Порядок выполнения работы

Работу выполняют на круглых образцах для испытаний на растяжение. Материал для изготовления образцов – прутки круглого, квадратного или прямоугольного сечения, а также листы из деформируемых алюминиевых сплавов. Форма, размеры образцов и условия испытаний должны соответствовать ГОСТ 1497-73. Каждый студент выполняет работу на одном-двух отожженных образцах в следующем порядке:

1. Измерить твердость образцов до термической обработки на приборе типа Роквелл. Твердость определить, как среднеарифметическое число трех измерений.

2. Разделить образцы для закалки на три группы:

− образцы первой группы нагреть при температурах до 460-470 °С, поместив их в предварительно нагретую до заданной температуры лабораторную печь;

− второй группы – до 480-490 °С;

− третьей до 500-510 °С.

Время выдержки при температуре нагрева определить из расчета 3 мин. на 1 мм наибольшего диаметра образца. После нагрева образцы охладить в воде (время переноса образцов из печи в воду не более 5 сек.).

3. Зачистить после закалки образцы и измерить твердость на приборе Роквелл. По значениям твердости рассчитывают предел прочности по формуле:

σ_в = 0,26 ∗ НВ.

4. Занести данные измерения в таблицу 8.1. Значения твердости Роквелла перевести в твердость по Бринеллю, используя таблицу 2 приложения 1.

5. Подвергнуть закаленные образцы искусственному старению при температурах 100, 150, 185, 200 °С. Длительность выдержки определить в зависимости от времени, отведенного для лабораторных занятий по этой работе. После выдержки в печи образцы охладить на воздухе.

6. Зачистить после старения образцы и измерить твердость на приборе Роквелл. Среднее значение твердости (из 3 замеров) занести в табл.8.1.

Таблица 8.1