Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу “Термическая и химико-термическая обработка металлов” для студентов специальности 150501 Материаловедение в машиностроении Томск 2007 (стр. 4 из 8)
5. Привести данные по результатам цементации образца. Приложить к отчету или копию цифровой фотографии структуры или её рисунок в карандаше.
Указать Ф.И.О. исполнителей работы и проставить дату и свои подписи на последней странице.
Контрольные вопросы
1. Назначение цементации в технике.
2. Требования к составу и свойствам газового карбюризатора.
3. Каким образом контролируется состав газового карбюризатора на агрегате «Eichelen».
4. Указать недостатки и достоинства непрерывных процессов химико-термической обработки.
5. Какие конкурентно-способные варианты можно предложить при проектировании конкретных технологий?
Лабораторная работа №5
Термическая обработка углеродистых и малолегированных
хромистых сталей
Цель работы: Изучить технологию и проследить изменение свойств углеродистых и малолегированных сталей при термической обработке.
1. Общие положения теории термической обработки сталей разного назначения
Наиболее распространенной упрочняющей операцией термической обработки углеродистых сталей является закалка. В зависимости от содержания углерода в стали, температура нагрева под закалку меняется по правилу:
tзак=АС3+(30¸500С),
где АС3-температуры лежащие на линии АС3 диаграммы Fe-Fe3(железо-цементит) для доэвтектоидных сталей и tзак=АС1+(30¸500С), для заэвтектоидных сталей. Практически, с учетом того что стали с содержанием углерода менее 0,3% С не закаливаются, практически это будут температуры »850-8700С.
Для заэвтектоидных сталей температура нагрева под закалку находится в пределах 780-8000С. Эти пределы температур нагрева под закалку используются на практике в промышленных технологиях термической обработки углеродистых сталей. С точки зрения металлографии при этих температурах сталь переходит в аустенитное состояние, что соответствует понятию аустенизация стали. Что касается заэвтектоидных сталей, то их температура и структура будет состоять из аустенита А и вторичного цементита ЦII. Нагрев до температур более высоких, до полного растворения ЦII (практически это будут температуры 860-8800С), практика считает нецелесообразным. При этом образуется крупнозернистая структура аустенита, а при закалке твердость снижается, т.к. растворяется наиболее твердая (более 70 HRC) составляющая структуры – цементит Fe3C. Сталь с такой структурой считается «перегретой» и у нее наблюдается повышенная хрупкость и детали из такой стали склонны к хрупкому разрушению.2. Выбор способа охлаждения и среды охлаждения для закалки
Выбор среды охлаждения при закалке имеет большое практическое значение, так как прямо и косвенно влияет на качество изделия и его работоспособность, а также предопределяет возможность образования дефектов закалки (коробление, трещины, хрупкость). Следует учесть и тот факт, что практика ограничена в выборе сред охлаждения при закалке; это могут быть вода и минеральные масла технического назначения.
Из лекционного курса известно, что практика применяет охлаждающие среды на водной основе и растворы солей и щелочей разной концентрации. Это делается с целью получить равномерное охлаждение поверхностей детали, чтобы избежать появления «мягких» пятен, т.е. участков поверхности изделий, где твердость будет меньше, чем допустимая по техническим условиям эксплуатации данной детали, такая деталь не может быть признана годной и подлежит повторной термической обработке (перезакалке).
3. Виды и свойства закалочных сред
В технике применяют два основных вида закалочных сред: минеральные масла и вода и водные растворы солей, щёлочей и спец.добавок.
Минеральные масла как охлаждающие среды широко применяются в практике термической обработки малолегированных и легированных сталей.
Для закалки простых углеродистых сталей применение масел - ограничено из-за невозможности получать высокую твердость с поверхности или в объеме закаливаемых изделий. Указанные среды (масла и водные растворы) имеют неодинаковые параметры и основные физические характеристики такие как температура кипения, температура воспламенения, вязкость и жидкоподвижность при одинаковых температурах. Кроме того эти свойства неодинаково меняются при нагреве до температур кипения. В практике термообработки высоколегированных сталей широко используют и «горячие» среды. Это расплавы солей и щелочей или расплавы металлов. Такая закалка называется изотермической. В связи с решающим влиянием свойств охлаждающей среды на качество закалки, а также по соображениям снижения опасности трещинообразования и образования «мягких» пятен практика тщательно выбирает среды охлаждения в каждом конкретном случае.
4. Выбор среды охлаждения и критическая скорость охлаждения
Основой такого выбора является критическая скорость охлаждения, которая должна быть достигнута в ходе закалочного охлаждения. В противном случае деталь не получит необходимой твердости и мартенситовой структуры, т.е. не закалится. Критическая скорость охлаждения - эта та минимальная скорость отвода тепла (0С/сек) с поверхности детали, которая обеспечит формирование мартенситовой структуры в объеме детали и дает максимальную для этой стали твердость (HRC). Критическая скорость охлаждения является функцией химического состава стали: у простых углеродистых сталей она составляет сотни градусов в секунду, а у легированных сталей она будет десятки градусов в секунду. Кроме того, следует знать, что это понятие (критическая скорость охлаждения) связана с уровнем температуры детали и сильно меняется по мере снижения температуры охлаждаемой детали. Исходя из этого, следует выбирать среду охлаждения данной марки стали, иначе может случиться, что закалка данной детали в случайно выбранной среде охлаждения будет невозможна теоретически. Многолетний практический опыт предлагает выбирать воду и водные растворы солей для углеродистых сталей, а для легированных сталей выбирают технические масла. Более подробная информация по этой теме содержится в специальной и учебной литературе.
5. Порядок выполнения лабораторной работы
Подгруппа делится на несколько звеньев (3-4 человека). Каждое звено получает у преподавателя образцы из разных марок сталей (углеродистых и малолегированных). Образцы имеют плоские или плоскопараллельные поверхности для удобства измерения твердости на твердомере.
Для выполнения лабораторной работы используются электрические печи лабораторного типа СНОЛ, нагретые до различных температур.
Студенты каждого звена самостоятельно выбирают и устанавливают температуру для каждой марки стали, используя справочный материал и специальную литературу.
После прогрева печи в нее загружают образцы и отмечают время. Время нагрева образцов так же выбирается на основе литературных рекомендаций и данных практики.
По окончании времени нагрева образцы вынимают щипцами из печи и закаливают в выбранной закалочной среде (масло, вода, керосин).
После охлаждения и промывки образцы готовят к измерению твердости. Подготовка состоит в зачистке от окалины поверхностей образца с помощью абразивных материалов (абразивная бумага).
Соблюдая рекомендации преподавателя, производят измерение твердости; записывают полученные результаты и сравнивают их со справочными данными.
Затем готовят на одной из поверхностей шлиф для просмотра полученной структуры под микроскопом. Структуру стали при рекомендованном увеличении зарисовывают или фотографируют с помощью спецтехники для просмотра на мониторах компьютера.
6. Результаты и выводы по лабораторной работе
По результатам лабораторной работы составляют отчет. Основное требование к отчету – полнота и логичность производимых расчетов и выводов. Каждое математическое действие должно быть логически обосновано; при составлении зависимостей необходимо учитывать размерность величин и их совместимость в каждом конкретном случае. При необходимости должны быть правильно выполнены операции перевода одних величин в другие с указанием переводных коэффициентов. Главным образом это относится к величинам давления и тепловым единицам и единицам измерения твердости металлов.
При оформлении отчета следует руководствоваться требованиями СТП ТПУ 2.5.01-99.
В отчете по пунктам настоящих методических указаний составляют отчет, где особо подробно описывают методику выполнения лабораторной работы и обработку полученных опытных данных.
7. Выводы по работе
Указать название полученной структуры закалки и условия её получения, гарантирующие максимальную твердость после закалки. Указать последствия «недогрева» и «перегрева» при закалке с точки зрения практики. Указать последствия ошибочного выбора среды охлаждения при закалке.
8. Литература
1. Конспект лекций по спецкурсу.
2. Комплект технической документации к установке.
3. Раузин Я.Р. Термическая обработка хромистых сталей. М.: Машиностроение.- 1978.-342с.
4. Гуляев А.П. Термическая обработка стали. М.-1978.
5. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Термическая обработка стали. Справочник. 1980.-Т.1
6. Шмыков А.Н. «Справочник термиста». М.: Машиностроение .- 1981.
Лабораторная работа № 6
Неразрушающий контроль качества термической обработки шариков с помощью прибора АТШ ВС-26 ПСт-ПЕ
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучить устройство и принцип действия прибора. Разбраковать опытную партию деталей — шарики 29/32 в условиях производственного отделения термической обработки деталей подшипников в АО “Ролтом” г. Томска.