Краткие теоретические сведения

Кафедра конструирования горных машин и технологии машиностроения

Лабораторная работа 5

 

 

По дисциплине: Материаловедение

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

 

Тема: Нормализация, закалка и отпуск стали

 

Выполнил: студент гр. ГМ-10 ______________ / Мастеров А.Н. /

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Оценка: _____________

 

Дата: ___________________

 

Проверил: профессор ____________ /Болобов В.И./

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

 

 

 

Цель работы: научиться назначать режимы термической обработки для заданной марки стали и освоить ее технологию, установить зависимость твердости стали от вида и режима термической обработки.

Краткие теоретические сведения

Термическая обработка сплавов – технологический процесс состоящий из нагрева, выдержки при определенной температуре и охлаждении изделий с целью получения заданных свойств сплава.

Виды термической обработки:

· Отжиг – термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла, находящегося в неравновесном состоянии, для приведения его в равновесное состояние.

· Закалка – термическая обработка, заключающаяся в выдержке стали выше или и последующем быстром охлаждении.

· Отпуск – заключительная операция термической обработки, заключающаяся в нагреве закаленного сплава ниже температур фазовых превращений для приближения его структуры к более устойчивому состоянию.

Виды отжига:

ü Низкотемпературный – проводят при 300 – 400 ⁰С для заготовок после механической обработки с целью снижения внутренних напряжений.

ü Рекристаллизационный – проводят при 680 – 700 ⁰С (при температуре, большей сталей, но меньшей ). Применяют для снятия наклепа между операциями холодного деформирования. В результате получается мелкозернистая и мягкая структура, хорошо поддающаяся деформированию.

Рекристаллизация – процесс образования новых равноосных зерен вместо вытянутых зерен, полученных ранее в результате пластической деформации.

Наклеп – процесс повышения твердостных и прочностных свойств, а так же снижения пластических характеристик в результате пластической деформации.

ü Сфероидезация (неполный отжиг) – проводят на 30 – 50 ⁰С выше и применяют для заэвтектоидных сталей с целью получения зернистого перлита. При выдержке выше , но ниже пластинчатый перлит стали переходит в мелкозернистый аустенит. При этом сетка вторичного цементита разрушается на отдельные фрагменты. При последующем медленном охлаждении вокруг этих фрагментов образуются мелкие зерна зернистого перлита. Такая структура отличается низкой твердостью, поэтому ее придают заготовкам из инструментальной стали перед их механической обработкой.

ü Перекристаллизация (полный отжиг) – проводят на 30 – 50 ⁰С выше для получения мелкозернистого аустенита, который переводят при охлаждении в мелкозернистый перлит и феррит. Применяют для доэвтектоидных сталей, имеющих после литья или ковки крупнозернистую перлитно-ферритную структуру с неудовлетворенными механическими свойствами с целью измельчения зерна. В результате отжига твердость и прочность стали убывают, а пластичность возрастает.

Нормализация – полный отжиг, при котором деталь после нагрева охлаждают не в печи, а на спокойном воздухе.

ü Диффузионный (гомогенезация) – проводят для стальных отливок при 1000 – 1100 ⁰С с целью устранения их структурной и химической неоднородности.

Виды закалки:

ü При полной закалке сталь выдерживают на 30 – 50 ⁰С выше , в результате чего все низкотемпературные составляющие (Ф, П, Ц_II) переходят в аустенит. После быстрого охлаждения получается мартенсит и остаточный аустенит. Применяют для доэвтектоидных сталей с целью повышения их прочности.

ü При неполной закалке сталь нагревают на 30 – 50 ⁰С выше , но ниже , в результате чего в аустенит превращается только перлит, а феррит в доэвтектоидных сталях и цементит в заэвтектоидных остаются. После быстрого охлаждения структура доэвтектоидной стали – М + Ф, а заэвтектоидной – М + Ц_II. Наличие феррита в структуре закаленной стали снижает ее прочность и твердость, поэтому неполная закалка для доэвтектоидных сталей не применяется. Наличие твердого цементита в структуре закаленной стали, наоборот, полезна и поэтому все заэвтектические стали подвергают неполной закалке.

 

Виды отпуска:

ü Низкий отпуск проводят при 150 – 200 ⁰С для режущих и мерительных инструментов, а также деталей после цементации с целью снижения внутренних напряжений, возникающих после закалки, при сохранении высокой твердости и износостойкости деталей. Продукт отпуска – отпущенный мартенсит.

ü Средний отпуск проводят при 350 – 450 ⁰С для упругих элементов (пружин, рессор) с целью получения максимальных значений предела упругости σ_е. Продукт отпуска – троостит отпуска.

ü Высокий отпуск проводят при 550 – 650 ⁰С для деталей, подвергающихся воздействию высоких напряжений и ударных нагрузок. Цель – достижение оптимального сочетания прочностных, пластических и вязких свойств. Продукт отпуска – сорбит отпуска.

Улучшение – термическая обработка, состоящая из закалки с высоким отпуском, улучшающая общий комплекс механических свойств, являющаяся основным видом термической обработки конструкционных сталей.

Таблица

Часть 1

Номер	Марка стали	Исходные данные	Нормализация
Твердость	Структура		Время, мин	Твердость	Структура
HRC	HB	HRC	HB
	Ст. 3	73 HRB					75HRB
	Сталь 45	85 HRB			89 HRB
	Сталь У8	27 HRC			29 HRC

Часть 2

Закалка
В масле	В воде
	Время, мин	Твердость	Структура		Время, мин	Твердость	Структура
HRC	HB	HRC	HB
		79 HRB					82 HRB
38 HRC		52 HRC
45 HRC		56 HRC

Часть 3

Отпуск
	Время, мин	Твердость	Структура
HRC	HB
		89 HRB
97 HRB
28 HRC

Состав стали:

· Сталь Ст-3 0,188%

· Сталь 45 0,45%

· Сталь У8 0,8%

Скорость охлаждения стали:

· На воздухе – 3 град/с

· В масле – 50 град/с

· В воде – 200 град/с

Графический материал

График 1. Зависимость твердости по Бринеллю от содержания углерода в стали.

График 2. Зависимость твердости по Бринеллю от скорости охлаждения стали.