Федеральное агентство по образованию
Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
(технический университет)
Отчёт по лабораторной работе № 5 По дисциплине: Материаловедение____ _________
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: «Термическая обработка сталей» ________
Выполнил: студентка гр. ГМ-07-1 ______________ /Тимофеев А.С../
(подпись) (Ф.И.О.)
ОЦЕНКА: _____________
Дата: __________________
Проверил: ___Профессор ______________ _/Болобов В.И./_
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2006 г.
1) Аналитический обзор
Классификация видов термической обработки. Все виды термической обработки сталей и сплавов можно разделить на 3-и основные группы: отжиг, закалку и отпуск.
А) Отжиг
Отжиг – это термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла, находящегося в результате каких-либо предшествующих воздействий в неравновесном состоянии, приводящая его в более равновесное состоянии.
Отжиг, при котором металл при нагреве не претерпевает фазовых превращений называется отжигом первого рода.
Отжиг, при котором нагрев производится выше температур фазовых превращений с последующим медленным охлаждением для получения структурно равновесного состояния, называется отжигом второго рода или перекристаллизацией.
В случае стали - отжиг второго рода - это термическая обработка, при которой сталь нагревается выше Ас3, (или только выше Ас1, — при неполном отжиге) с последующим медленным охлаждением.
Основные цели отжига: перекристаллизация стали и устранение внутренних напряжений или исправление структуры.
Существуют следующие разновидности отжига стали II рода: полный, неполный и изотермический.
Полный отжиг применяется, как правило, для доэвтктоидных сталей, представляющих, смесь феррита с перлитом, и состоит, в нагреве стали на 30-500 свыше критической точки Ас3, выдержке при этой температуре до полной перекристаллизации металла и медленном охлаждении. При такой температуре выдержки образуется мелкое зерно аустенита, из которого при охлаждении формируется равномерная мелкозернистая ферритно-перлитная структура, т. е. происходит полная перекристаллизация. Поэтому полный отжиг обычно применяют с целью измельчения зерна. После отжига сталь обладает низкой твердостью и прочностью при высокой пластичности.
Для заэвтектоидных сталей применяют только неполный отжиг, который называют также сфероидизацией, так как это — основной способ получения зернистого перлита, для получения которого необходимо, что бы нагрев не на много превышал критическую точку Ас1, в противном случае получается пластинчатый перлит. Структурой зернистого перлита должны обладать инструментальные стали, так как это обеспечивает хорошую обрабатываемость режущим инструментом и малую склонность к перегреву при закалке.
При отжиге скорость охлаждения должна быть такова, чтобы успели произойти превращения аустенита при малой степени переохлаждения. Практически скорость охлаждения не должна быть больше 50 — 1000С/ч, что достигается охлаждением в печи. В заводской практике с целью экономии времени чаще проводят так называемый изотермический отжиг. Для этого сталь, нагретая выше верхней (или только нижней) критической точки, охлаждается быстро (точнее с любой скоростью) до температуры, лежащей на 50 — 1000С ниже равновесной точки А1 и при этой температуре выдерживается столько, сколько необходимо для полного pacпада аустенита. Поскольку температуру контролировать легче, чем скорость охлаждения, такой отжиг дает более стабильные результаты. В настоящее время изотермический отжиг применяют чаще, чем отжиг с непрерывным охлаждением, особенно для легированных сталей, так как это сокращает продолжительность операции.
Нормализация есть разновидность отжига II рода, когда сталь нагревают до температур на 30-500С выше точки Ас3, а охлаждение проводят на спокойном воздухе, что создает несколько более быстрое охлаждение, чем при обычном отжиге при охлаждении детали вместе с печью. Это определяет некоторое различие свойств, отожженной и нормализованной стали. Нормализация, естественно,— более дешевая термическая операция, чем отжиг, так как печи используют только для нагрева и выдержки при температуре нормализации, охлаждение осуществляется на воздухе, вне печи.
Для низкоуглеродистых нелегированных сталей разница в свойствах между отожженным и нормализованным состояниями практически отсутствует и рекомендуется эти стали подвергать не отжигу, а нормализации. Для среднеуглеродистых сталей (0,3 — 0,5 % С) различие в свойствах нормализованной и отожженной стали более значительно; в этом случае нормализация не может заменить отжига. Нормализация в этом случае придает стали, по сравнению с отожженным состоянием, более высокую прочность.
Литая сталь обычно характеризуется неоднородностью состава, дендритной и зональной ликвацией. Нагрев до высоких (обычно до 1000 — 11000С), значительно превосходящих точку Ас3 температур и выдержка при них приводят к устранению или смягчению дендритной неоднородности. Такая операция называется гомогенизацией или диффузионным отжигом. В результате высокого нагрева и длительной выдержки наблюдается сильный рост зерна, и поэтому после такой обработки структура получается крупнозернистой и требуется дополнительная операция термической обработки для исправления структуры (обычный отжиг).
Если диффузионный отжиг был применен к слиткам, которые будут подвергаться пластической деформации (прокатке, ковке), то необходимость в последующем отжиге отпадает, так как крупнозернистая структура исправится пластической деформацией.
Если исходная структура стали хорошая и нет необходимости в перекристаллизации, а требуется только снизить внутренние напряжения, то нагрев под отжиг ограничивают еще более низкими температурами, ниже критической точки Ас1. Это будет низкий отжиг. Эта операция относится к отжигу I рода.