Линия диаграммы «железо-цементит», на которой

⇐ ПредыдущаяСтр 26 из 34Следующая ⇒

расположены критической точки Ас₃……

1. GS

2. ECF

3. SE

4. PSK

Какая структура имеет наибольшую твердость

1. перлит;

2. мартенсит;

3. сорбит;

4. троостит.

В какой среде охлаждаются заготовки при отжиге?

1. на воздухе;

2. с печью;

3. в воде;

4. минеральное масло.

11.6.6. Термическая обработка заключающаяся в нагреве стали до температуры на 30-50 градусов выше Ас₃ или А_с_m и охлаждением на воздухе называется…

1. нормализацией;

2. улучшением;

3. полным отжигом;

4. закалкой.

Наиболее мягкий и пластичной фазой, железоуглеродистых

сплавов при комнатной температуре является…

1. аустенит;

2. цементит;

3. перлит;

4. феррит.

Линия диаграммы «железо-цементит», на которой

расположены критической точки Ас₁……

1. GS

2. ECF

3. SE

4. PSK

При нормализации стали ее охлаждение с температуры

нагрева производят...

1. на воздухе

2. в подогретом масле

3. в воде

4. с печью

По структуре в отожженном состоянии сталь У10А

относится к…

1. заэвтектоидным;

2. эвтектоидным;

3. доэвтектоидны;

4. ледебуритным.

11.6.11. Диффузионный отжиг проводят с целью…

1. уменьшения дендритной ликвации;

2. снятия наклепа холоднодеформированного металла;

3. снятия остаточных напряжений;

4. получения зернистого перлита.

11.6.12. Структура стали У8 в отоженном состоянии…

1. мартенсит

2. феррит и перлит

3. ледебурит

4. перлит

Структура доэвтектоидной стали после полного отжига..

1. мартенсит

2. феррит + перлит

3. пластинчатый перлит

4. цементит + перлит

К полному возвращению свойств наклепанного металла в

исходное (до деформации) состояние приводит процесс:

1. нормализации;

2. аустенизации;

3. возврата;

4. рекристаллизации;

5. сфероидизации.

Термическая обработка, при которой сталь нагревают

выше линии “А_С3”, выдерживают и охлаждают с печью

1. отжиг;

2. нормализация;

3. полная закалка;

4. диффузионный отжиг.

Критерии оценки работы обучающихся

· знает классификацию видов термической обработки стали;

· знает, как изменяется структура в сплавах при нагреве и охлаждении;

· знает термины: полный отжиг, неполный отжиг, отжиг на зернистый перлит, нормализационный отжиг;

· умеет проводить микроанализ отожженной стали;

· умеет пользоваться микроскопом;

· умеет самостоятельно находить информацию о термической обработке стали в справочнике, учебнике, интернете;

· умеет применять полученные знания на практике, реализацию единства интеллектуальной и практической деятельности;

· умеет аргументировать свои заключения, выводы;

· владеет приемами наблюдения и рассуждения;

· демонстрирует активность на занятии;

· своевременность, точность и полнота подготовленного материала;

· аккуратность выполнения работы;

· отвечает на предложенные в методичке контрольные вопросы и тесты;

· работа защищена в срок.

Список литературы

11.8.1. Бондаренко Г.Г. Материаловедение: учеб/ Г.Г. Бондаренко, Т.А. Кабанова, В.В. Рыбалко; под ред. Г.Г. Бондаренко. – М.: Высш. шк., 2007. – 360с.: ил.

11.8.2.Материаловедение и технология металлов: учеб. для студ. машиностроит. вузов/ Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.:.Ред. Г.П. Фетисов. – М.: Высш. шк., 2002. – 638с.: ил.

11.8.3. Материаловедение, Ю.М.Лахтин, В.П.Леонтьева: М. Машиностроение, 2004, 528с.

11.8.4. Ржевская С.В. Материаловедение: Учеб. для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2005. – 456с.

11.8.5. http: //e.lanbook com-издательство «Лань» электронно-библиотечная система «Инженерные науки».

11.7.6. http: //elib. tsogu.ru - электронно-библиотечная система Elib, полнотекстовая база данных ТюмГНГУ.

Лабораторная работа №12

Закалка и отпуск углеродистой стали

Цель работы

12.1.1. Изучение физических процессов при термообработке стали и ее влияние на изменение механических свойств.

12.1.2. Изучение влияния содержания углерода и режима закалки (температуры нагрева и скорости охлаждения) на структуру и свойства закаленной стали.

12.1.3. Овладение методикой проведения закалки и отпуска углеродистой стали.

12.1.4. Изучить микроструктуры закаленной и отпущенной стали.

12.1.5. Построить кривые влияния отпуска на изменение твердости.

Приборы и материалы

Прибор Роквелла для измерения твердости, лабораторная электрическая печь, микроскоп, образцы стали 45, плакаты.

Основные теоретические сведения

Закалка

Закалкой называется термообработка, состоящая из нагрева доэвтектоидных сталей выше критической точки Ас₃, эвтектоидных и заэвтектоидных сталей выше Ас₁ на 30...50°С, выдержки при данной температуре и последующего охлаждения со скоростью больше критической (минимальная скорость охлаждения, обеспечивающая превращение переохлажденного аустенита в мартенсит). Цель: получение неравновесной структуры - пересыщенного твердого раствора углерода в a-железе - мартенсита. Практическая цель - получение максимальной твердости, возможной для данной марки стали.

При скорости охлаждения больше критической углерод не успевает выделиться из кристаллической решетки (в соответствии с ее перестройкой из g-железа в a-железо), в результате чего образуется однофазный перенасыщенный твердый раствор углерода в a-железе, который получил название мартенсита. Рис.12.1.Температурные

интервалы термической обработки стали

При этом наблюдаются значительные искажения пространственной решетки, создается высокая плотность порогов дислокации, нарушается равенство межатомных сил и в стали накапливается значительная внутренняя потенциальная энергия. Сталь приобретает высокую твердость, но ее пластичность при этом падает. В зависимости от температуры нагрева стали различают следующие виды закалок.

Полная закалка - нагрев стали выше критической точки Ас₃на 30...50°С с последующим охлаждением со скоростью больше критической (рис.12.1). Структура стали при этом состоит из мелкоигольчатого мартенсита, а при содержании углерода более 0, 6%, кроме мартенсита, имеется небольшое количество остаточного аустенита. Полная закалка применяется только для доэвтектоидных сталей.

При нагреве доэвтектоидных сталей между линиями Ас₁ и Ас₃получается структура, состоящая из аустенита и феррита, и поэтому после закалки в этой области температур структура состоит из мартенсита и феррита. Такая закалка называется неполной. Наличие феррита ведет к снижению твердости закаленной стали и не вызывает заметного увеличения ударной вязкости. Подобный технологический процесс термической обработки – брак производства.

Перегрев стали, т.е. нагрев ее до температур, превышающих температуры критической точки Ас₃на 150... 200°С, вызывает рост зерен аустенита, что увеличивает склонность стали к появлению деформации и образованию трещин при закалке. Структура такой стали состоит из крупноигольчатого мартенсита и обладает пониженной ударной вязкостью.

Неполная закалка применяется для заэвтектоидных сталей; нагрев стали выше критической точки Ас₁ на 30...50°С с последующей выдержкой и охлаждением со скоростью больше критической. Структура заэвтектоидной стали после неполной закалки состоит из мартенсита, вторичного цементита и остаточного аустенита. Цементит обладает высокой твердостью и не снижает твердости закаленной стали; аустенит, наоборот, мягче мартенсита и снижает общую твердость. Закалка заэвтектоидных сталей с температур, превышающих линию А_cm, ведет к получению крупноигольчатого мартенсита с большим количеством остаточного аустенита. Такая структура создает в стали повышенные внутренние напряжения, коробление, трещины и пониженную ударную вязкость. Повышение содержания углерода в заэвтектоидных сталях значительно снижает линии начала и конца мартенситных превращений (рис.12. 2).

Рис.12.2. Зависимость положения линий мартенситных превращений от концентрации углерода в стали

Конец мартенситного превращения оказывается в области отрицательных температур, что приводит к увеличению количества остаточного аустенита при закалке.

Критическая скорость охлаждения при закалке углеродистых сталей составляет не менее 400 °С/c. Такая скорость достигается при охлаждении в воде или водных растворах солей (NaCl) и щелочей (NaOH), увеличивающих охлаждающую способность воды. В воде закаливают углеродистые стали, содержащие более 0, 3% С. При меньшем содержании углерода эти стали практически не закаливают, так как скорость охлаждения стали даже в воде меньше необходимой критической скорости закалки. При этом деталь необходимо энергично перемещать в закалочной жидкости, чтобы удалять с поверхности металла образующийся пар, который замедляет охлаждение. Для легированных сталей критическая скорость охлаждения значительно ниже, что позволяет применять более мягкие закалочные среды – минеральные масла или растворы полимеров.

Закалка является наиболее «жесткой» из всех операций термообработки, так как сталь испытывает резкое снижение температуры. При этом в деталях возникают большие внутренние напряжения. Они складываются из термических напряжений, возникающих из-за разности температур на поверхности и в сердцевине детали при быстром охлаждении, и структурных напряжений, образующихся за счет объемных изменений при мартенситном превращении.

По способу охлаждения можно также выделить разновидности закалки (рис.12.3):

1) непрерывная закалка (закалка в одной среде) – кривая 1. Это наиболее простой способ, но при этом в детали появляются большие внутренние напряжения.

2) закалка в двух средах, или прерывистая закалка (кривая 2), заключается в том, что сталь быстро охлаждается в интервале температур 750–400 °С, а затем деталь переносится в другую, более мягкую, охлаждающую среду, и в мартенситном интервале охлаждение происходит замедленно.

Рис.12.3. Это приводит к уменьшению возникающих при закалке внутренних напряжений и снижает вероятность появления трещин. Примером такой закалки может быть процесс с охлаждением вначале в воде, а затем в масле.

3) ступенчатая закалка (кривая 3) производится погружением нагретой детали в жидкую среду с температурой на 20-30° выше точки М_н. При этом обеспечивается быстрое охлаждение стали в верхней области температур, а затем делается выдержка, во время которой температура по сечению детали выравнивается, и термические напряжения уменьшаются. Затем детали вынимаются из закалочной ванны, и дальнейшее охлаждение происходит в другой среде, чаще всего на воздухе или в масле. В этом случае мартенситное превращение происходит при медленном охлаждении, в условиях меньших внутренних напряжений. В качестве жидких сред для ступенчатой закалки используют расплавы щелочей, селитры, легкоплавких металлов.

4) Изотермическая закалка (кривая 4) существенно отличается от других способов. Здесь выдержка в охлаждающей среде при температуре бейнитного превращения продолжается до полного распада аустенита. Во всех предыдущих случаях при закалке происходит образование мартенситной структуры, а в этом случае - бейнита.

При изотермической закалке напряжения в детали минимальны, исключается образование трещин, деформации значительно меньше. Кроме того, у некоторых легированных сталей (пружинных, штамповых) этот способ закалки позволяет получать оптимальное сочетание прочности и пластичности.

Итак, ступенчатая и прерывистая закалка уменьшают закалочные напряжения, поскольку разница температур на поверхности и в центре детали уменьшается. Но из-за очень маленького периода существования переохлажденного аустенита в углеродистых сталях ступенчатую и изотермическую закалку чаще применяют для легированных сталей.

Возможные дефекты закалки:

а) перегрев – крупное зерно;

б) пережог – окисление границ зерен, очень крупное зерно;

в) недогрев – у доэвтектоидных сталей закалка из интервала Ас₁-Ас₃ приводит к двухфазной структуре (мартенсит + феррит) и низким механическим свойствам;

г) коробление и трещины – вызываются внутренними напряжениями.

Удельный объем мартенсита больше удельного объема аустенита, что вызывает напряжения в структуре стали. Особенно это опасно для деталей сложной формы и при сложении структурных напряжений с термическими, возникшими из-за разности температур на поверхности и в центре детали.

Чтобы избежать коробления, тонкие изделия – пилы, ножовочные полотна, бритвы – охлаждают заневоленными в специальных закалочных прессах.

С технологией закалки тесно связаны два важных понятия.

Закаливаемость - это способность стали получать высокую твердость при закалке. Закаливаемость зависит от содержания углерода в стали и характеризуется максимальной возможной твердостью (HRC) для данной марки.

Прокаливаемость - это способность стали получать закаленный слой определенной глубины. Скорость охлаждения уменьшается от поверхности детали к центру, поэтому при большой толщине детали может оказаться, что в ее сердцевине скорость охлаждения меньше критической. В этом случае на мартенсит закалится только поверхностный слой детали, а сердцевина будет незакаленной, с мягкой феррито-перлитной структурой.

⇐ Предыдущая 21 22 23 24 252627 28 29 30 Следующая ⇒