Сравнение закаливающей способности воды и масла
Основное достоинство масляных охлаждающих сред- это их способность медленно охлаждать в зоне мартенситного превращения при 3000С.
Основной недостаток – низкая скорость охлаждения в критическом интервале (600-5000С) температур, где не достигается критическая скорость охлаждения и многие стали не закаливаются. Другие недостатки – термическое разложение при охлаждении детали, осмоление, окисление, «старение», т.е. потеря охлаждающих свойств, дороговизна, пожароопасность, дымы, газы.
Выполнение лабораторной работы
В настоящей лабораторной работе моделируются процессы охлаждения деталей, характерные для производственных условий. А именно массивные образцы после нагрева в печи 8800С охлаждаются разное время в масляном баке и всякий раз аналитически определяются температуры деталей после их выемки из бака через разные отрезки времени (1,0; 1,2; 1,5; 2,0 мин. и т.д.) после чего аналитически рассчитывается их температура. Затем, детали охлаждают в проточной воде и замеряют твёрдость HRC деталей. По ходу работы замеряют и «горячую» твердость, т.е. твердость HRC до охлаждения в проточной воде. В некоторых случаях (высоколегированные стали) удаётся зафиксировать разницу в твердости «горячих» и «холодных» деталей в 3-5 единиц Роквелла (HRC), что вполне соответствует законам теории закалки. Для мелкозернистых деталей, когда последние успевают охладиться до температур закалочного масла разница в твердости не наблюдается.
При выполнении аналитической части работы студенту рекомендуется самостоятельно ввести систему обозначений фигурирующих в работе физических величин, таких как масса образца, масса охлаждающей воды, начальная температура воды, теплоёмкость воды и стали, начальное и конечное теплосодержание и др. Рекомендуется составить простейшую компьютерную программу и всю аналитическую часть работы выполнить с помощью компьютера.
Работа выполняется в лаборатории кафедры. Используется печь с температурой около 9000С (870-8900С).
1. Для работы готовятся образцы – шарики диаметром 52 мм из сталей ШХ15СГ или ШХ15ГВ, или цилиндры l=40-50 мм. Шарики (2 шт.) загружают в печь и нагревают до t=860-8700С. Это займет время »35 минут.
2. Далее готовят 2 ёмкости для охлаждения: одна ёмкость с маслом (закалочное масло типа И50) другая ёмкость с водой. Количество воды тщательно замеряется или взвешивается (2-3 литра).
3. Образцы после прогрева в печи извлекают по одному и охлаждают вначале в масле заданное время, затем образцы переносятся в ёмкость с водой, где после охлаждения до температуры стабилизации охлаждение прекращается. Окончательная температура воды записывается.
4. По известным зависимостям произвести вычисление температуры образца, т.е. до погружения в ёмкость с водой. Q=M×c×Δt
5. По ходу лабораторной работы, замеряют «горячую» твердость (стали) образцов после охлаждения их в масле, т.е. твердость до переноса в ёмкость с водой. Для чего на образцах, перед началом опыта, делают плоские площадки необходимые для замера твердости на приборе Роквелла.
6. По результатам опыта строится схематический график кривой охлаждения (t0C-t) температура – время охлаждения, с учетом фактической ступенчатости процесса охлаждения.
Расчетная часть работы
Расчеты необходимо сделать, чтобы узнать какую промежуточную температуру имеют детали при передаче от одного функционального узла агрегата к другому. В работе моделируется технологический процесс закалки, характерный для промышленного варианта технологии непрерывной закалки.
Для расчета необходимо иметь следующие данные:
1. массу и начальную температуру воды в ёмкости (кг, t0C);
2. массу детали, взятую для оката (кг);
3. теплоёмкость металла и воды из справочника
4. конечную температуру воды после погружения в неё для охлаждения опытной детали - t0C;
такую же температуру в конце опыта будет иметь и деталь, находящаяся в ёмкости с водой - t0C.
Имея такие цифровые данные можно вычислить искомую температуру, решая обратную зависимость Q=M×c×Δt, (Дж).
Действительно, если Q – известная величина, М–масса и С–теплоёмкость-справочная величина, то Δt – найдём из зависимости Δt= Q/M×c (0C).
Найденную величину Δt следует прибавить к конечной температуре tк, которая была замерена в ходе опыта: tиск.= tк+Δt
Остаётся ответить на вопрос в какой части диаграммы С-образных кривых находится эта температура и сделать выводы о возможном её влиянии на стабилизацию аустенита.
Требования к составлению отчета
В отчете должны быть представлены:
1. С-образная диаграмма изотермического распада аустенита (схема).
2. График кинетики мартенситного превращения аустенита (схема).
3. График, поясняющий понятия - критическая скорость охлаждения при закалке.
4. Чётко и грамотно должны быть выполнены тепловые расчеты с получением конечного результата.
5. Даны достаточные пояснения причин стабилизации аустенита при закалке.
6. Описаны и схематически зарисованы «промежуточные» структуры распада аустенита при до критических скоростях охлаждения.
По результатам работы должны быть сделаны четкие выводы. Отчет по лабораторной работе защищается индивидуально с оценкой в баллах аттестационной шкалы (max~200 баллов). При повторных защитах оценка в баллах понижается на 15-20 %.
Выводы по лабораторной работе
1. Какие сечения стальных изделий могут быть закалены насквозь?
2. Как сказываются свойства охлаждающей жидкости на закаливаемость стали?
3. Чем определяется критическая скорость охлаждения при закалке изделий из разных марок стали?
4. Каким образом можно закалить массивные изделия в условиях машиностроительного завода?
Приложение
Таблица
Скорости охлаждения поверхности и центра стальных шаров различных диаметров при закалке их в воде и в масле в интервале температур 900-7000С
| Диаметр шара, мм | Скорость охлаждения поверхности шара, 0/сек | Диаметр шара, мм | Скорость охлаждения центра шара, 0/сек | ||
| закалка в воде | закалка в масле | закалка в воде | закалка в масле | ||
| 12 | 10000 | 350 | 12 | 200 | 80 |
| 25 | 8000 | 250 | 25 | 100 | 40 |
| 112 | 4000 | 150 | 50 | 30 | 15 |
| 187 | 1000 | 50 | 75 | 15 | 10 |
| 287 | 350 | 20 | |||
Скорость движения закалочной жидкости 0,9 м/сек.
В масле возможна только поверхностная закалка шариков Ø25-30 мм. Шарики Ø12 мм – возможна сквозная закалка.
Литература
1. Раузин Я.Р. Термическая обработка хромистых сталей. М.: Машиностроение .- 1978.-342с.
2. Гуляев А.П. Термическая обработка стали. М.-1978.
3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Термическая обработка стали. Справочник. 1980.-Т.1
4. Шмыков А.Н. «Справочник термиста». М.: Машиностроение .- 1981.
Лабораторная работа № 8
Изучение работы универсального прибора-анализатора сталей
и цветных сплавов и их структурного состояния
Цель работы
1. Изучить принципиальное устройство и принцип работы универсального анализатора структуры и свойств сталей и цветных сплавов.
2. Освоить методику работы с прибором по разбраковыванию деталей из разных марок стали и выявлению структурных особенностей стали после термообработки.
Назначение прибора ПМ641Е и его технические характеристики
Прибор ПМ641Е - переносной компактный анализатор основных технических сплавов (см.рис.1), предназначен для работы в цеховых условиях, на участках складирования металла, участках термообработки и в условиях заводских лабораторий. Условия климатической эксплуатации прибора должны соответствовать его исполнению УХЛ-4.2 ГОСТ 15150-69. Принципиально прибор построен на регистрации термо-эдс, возникающей в местах касания электродами поверхности заготовки или детали. По величине возникающей термо-эдс судят о составе стали или о её структурном состоянии. Используя таррировочные таблицы, составленные на основе многочисленных экспериментальных данных, по величине полученной ЭДС в данном конкретном случае судят или о марке стали (аналоговый метод), или о твердости стали после конкретной операции термической обработки (это аналогово-структурный контроль).
Основное назначение ПМ641Е
- определение марки стали и цветных сплавов
- определение структурно измененных участков в профилях калиброванного проката
- определение качества термической обработки деталей из разных марок стали (по твердости)
Необходимыми условиями точных измерений ПМ641Е являются: настройка по эталону (прилагается);
- хорошая зачистка детали и электродов;
- прибора перед измерениями термо-эдс;
- прогрев до нормы термоэлектрода прибора.