Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Материаловедение» для студентов мсф часть 2 (стр. 6 из 9)
 |
Рис. 1. Влияние температуры отпуска на механические свойства
закаленной углеродистой стали
Закалка в сочетании с высоким отпуском носит название улучшение. Такому виду обработки подвергается особая группа конструкционных сталей, носящая название улучшаемые стали. Они могут быть углеродистыми и легированными, содержание углерода от 0,3 до 0,5 %. Улучшение конструкционных сталей позволяет повысить конструктивную прочность деталей (понизить чувствительность к надрезам и перекосам, к переходам от одного сечения детали к другому, к изменению размеров детали и т. д.).
Влияние температуры отпуска на механические свойства закаленной углеродистой стали представлено на рис. 1.
В табл. 1 приведены данные о влиянии термической обработки на механические свойства конструкционной углеродистой стали с 0,45 % углерода в отожженном состоянии, а также после закалки и отпуска при 300 °С (средний отпуск) и при 600° С (высокий отпуск).
Таблица 1
| Термическая обработка | Механические свойства | ||||
| sВ, МПа | s0,2, МПа | d, % | Y, % | КСU, Дж/см2 | |
| Отжиг при 850 °С | 650 | 450 | 20 | 6 | 60 |
| Закалка с 850 °С в воде и отпуск при 300 °С | 1080 | 890 | 10 | 52 | 75 |
| Закалка с 850 °С в воде и отпуск при 600 °С | 750 | 520 | 17 | 68 | 160 |
Данные табл. 1 говорят о том, что сталь в улучшенном состоянии имеет более высокие характеристики прочности (sв и s0,2), пластичности (d, Y) и вязкости (КСU) по сравнению со сталью в отожженном состоянии. Отсюда и возникло название «улучшение» – механические характеристики стали улучшаются.
Кроме того, из табл. 1 видно, что после среднетемпературного отпуска закаленная конструкционная сталь приобретает весьма высокие предел прочности (sв) и условный предел текучести (s0,2) при хороших характеристиках пластичности (d, Y) и ударной вязкости (КСU).
Методические указания по выполнению работы
1. Закаленные в ходе предыдущей лабораторной работы («Закалка углеродистой стали») образцы различных марок углеродистых сталей подвергнуть отпуску при температурах 200, 400 и 600 °С.
2. Исходной структурой стали перед отпуском должен быть мартенсит, поэтому отпускать необходимо только закаленные в воде образцы.
3. Время отпуска принять равным 0,5 часа. Охлаждение после отпуска производить на воздухе.
4. Замерить твердость образцов после отпуска на приборе Роквелла, результаты внести в таблицу 2.
5. По результатам замеров построить графики зависимости твердости НRС от температуры отпуска для всех исследованных сталей.
6. Сделать выводы.
Таблица 2
| № п/п | Марка стали | Твердость после закалки, НRС | t отпуска, °C | Время нагрева и выдержкиt, мин. | Твердость после отпуска, НRС | Структура |
Содержание отчета
1. Название и цель работы.
2. Краткие сведения о превращениях при нагреве в закаленной углеродистой стали.
3. Таблица с данными по режимам отпуска, твердости и структуре исследуемых сталей до и после отпуска.
4. Графики изменения твердости закаленной стали в зависимости от температуры отпуска.
5. Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Что такое термическая операция «отпуск»?
2. После какого вида термической обработки производится отпуск?
3. С какой целью проводится отпуск?
4. К каким видам изделий применяется низкотемпературный отпуск?
5. К каким видам изделий применяется среднетемпературный отпуск?
6. К каким видам изделий применяется высокотемпературный отпуск?
7. Какие процессы протекают при отпуске до 200 °С?
8. Какие процессы протекают при отпуске до 400 °С?
9. Какие процессы протекают при отпуске до 600°С?
10. Что представляет собой структура мартенсит отпуска?
11. Что такое троостит отпуска?
12. Что такое сорбит отпуска?
13. В каком температурном интервале отпуска наиболее интенсивно протекают процессы сфероидизации и коагуляции цементита?
14. С каким процессом при отпуске связано уменьшение напряжений в стали?
15. Как изменяются свойства закаленной стали при повышении температуры отпуска?
16. Какой основной процесс происходит при отпуске?
17. Чем отличается сорбит отпуска от троостита отпуска?
18. Какая структура образуется при отпуске до 200 °С?
19. Какая структура образуется при отпуске до 400 °С?
20. Какая структура образуется при отпуске до 600 °С?
21. Как изменяется прочность стали sв при отпуске до 600 °С?
22. Как изменяется предел текучести s0,2 при отпуске до 400 °С?
23. Как изменяются характеристики пластичности d и Y при отпуске до температуры 600 °С?
24. Какую операцию необходимо выполнить, если при отпуске получены более низкие твердость HRC и прочность sв, чем требовалось?
25. Какую операцию необходимо выполнить, если при отпуске получили более высокие твердость HRC и прочность sв, чем требовалось?
26. Какую температуру отпуска выбрать для изделий, от которых требуются высокие упругие свойства?
27. Какую температуру отпуска надо выбрать для изделий, от которых требуются высокие твердость и износостойкость?
28. Что произойдет в структуре стали, если после отпуска при 600 °С произвести дополнительный отпуск при 200 °С?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Цель работы
1. Изучить возможности упрочнения алюминиевых сплавов термической обработкой.
2. Изучить закономерности изменения структуры и механических свойств дуралюмина при термической обработке.
3. Ознакомиться с технологией термической обработки алюминиевых сплавов.
Материалы и оборудование для выполнения работы
1. Образцы из дуралюмина марки Д16.
2. Прибор измерения твердости по методу Бринелля ТШ-2.
3. Нагревательные печи.
4. Бачок с водой.
Порядок выполнения работы
1. Изучить необходимый теоретический материал по теме занятия. Ознакомиться с механизмом упрочнения алюминиевых сплавов термической обработкой, с изменениями их структуры при закалке и старении.
2. Измерить твердость дуралюмина по Бринеллю в исходном (отожженном) состоянии.
3. Провести закалку образцов сплава и замерить твердость после нее.
4. Провести искусственное старение закаленного сплава при температурах 100, 200 и 300°С с выдержкой при этих температурах в течение 20 минут, кроме этого провести старение сплавов при температуре 200°С с выдержками 5 и 10 минут.
5. Измерить твердость образцов после старения.
6. По результатам измерений построить графические зависимости твердости от температуры и продолжительности старения.
7. Проанализировать и объяснить полученные результаты.
Основные положения
Термическая обработка алюминиевых сплавов в зависимости от производственной ситуации и эксплуатационных условий работы детали может преследовать различные цели:
1) Повышение пластичности и снижение твердости с целью улучшения обрабатываемости резанием и давлением. (Это реализуется при проведении смягчающей термической обработки – отжига.)
2) Повышение сопротивления деформации с целью повышения твердости и прочности. (Такая задача решается проведением упрочняющей термической обработки – закалкой и старением.)
Поскольку указанные изменения свойств алюминиевых сплавов связаны с изменением их структуры, рассмотрим особенности ее формирования при различных видах термической обработки. С этой целью необходимо использовать диаграмму состояния, соответствующую данным сплавам.
 |
Дуралюмин представляет собой сплав алюминия с медью и магнием (а также с небольшим количеством марганца и кремния), поэтому рассмотрим диаграмму состояния сплавов системы алюминий-медь (рис. 1). Это диаграмма с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии.
Рис. 1
В соответствии с приведенной диаграммой, при температурах выше линии ABC, называемой линией ликвидус, сплавы находятся в жидком состоянии; ниже этой линии протекают процессы кристаллизации.
Растворимость меди в алюминии достигает 5,7 % при 548 °С.
С понижением температуры растворимость меди быстро уменьшается до значений ≤ 0,2 % при 20 °С. В области, ограниченной линиями ADE0A, существует твердый раствор меди в алюминии (условное обозначение – α). В области правее линий CKM существует химическое соединение СuAl2. В области, ограниченной линиями ABDA, формируются из жидкости кристаллы твердого раствора меди в алюминии α, а в области, ограниченной линиями BCKB, – кристаллы химического соединения СuAl2. Оставшаяся часть жидкости при понижении температуры до 548 °С изменяется по составу и при достижении эвтектического состава (33 % меди) кристаллизуется в виде эвтектики. Эта эвтектика представляет собой механическую смесь кристаллов твердого раствора α и СuAl2. Соединение СuАl2 также может изменяться по составу, о чем свидетельствует форма области в правой части диаграммы (ограниченная слева линиями СКМ).