Лабораторная работа №2 влияние термической обработки на механические свойства конструкционных сталей Учебные цели занятия:

1. Дать представление об основных видах термической обработки конструкционных сталей.

2. Изучить влияние термической обработки конструкционных сталей на их механические свойства.

Основные виды термической обработки конструкционных сталей

Перекристаллизационный отжиг – основной вид отжига для конструкционных сталей. Его проводят для снижения твердости, повышения пластичности и получения однородной мелкозернистой структуры. Одновременно при отжиге полностью снимаются остаточные напряжения. Таким образом, отжиг возвращает сталь в исходное равновесное состояние и подготавливает к последующей термической обработке.

Для полной перекристаллизации структуры конструкционные стали нагревают до температуры на 30 – 50 ^оС превышающей температуру Ас₃. После сквозного прогрева изделия медленно охлаждают, чаще всего вместе с печью. Такой обработке подвергают полуфабрикаты после литья или горячей обработке давлением.

Нормализация сталей – вид термической обработки заключающийся в нагреве конструкционной стали до температуры на 50 – 70 ^оС превышающей температуру Ас₃ и последующим охлаждении на спокойном воздухе. Нормализация – более экономичная термическая операция, чем отжиг, так как меньше времени затрачивается на охлаждение изделий. Кроме того, нормализация, обеспечивая полную перекристаллизацию структуры, приводит к получению более высокой прочности сталей за счет ускоренного охлаждения.

Нормализации подвергаются изделия из конструкционных сталей после горячей обработки давлением и фасонного литья.

Закалка сталей - вид термической обработки заключающийся в нагреве конструкционной стали до температуры на 30 – 50 ^оС превышающей температуру Ас₃ и последующим быстром охлаждении в воде или масле. Такая обработка для конструкционных сталей с содержанием углерода до 0,8% называется полной закалкой и приводит к получению структуры наивысшей твердости, которая называется мартенсит. После закалки стальные изделия находятся в неравновесном состоянии, имеют высокий уровень внутренних напряжений и отличаются высокой прочностью, твердостью и пониженной пластичностью.

Отпуск закаленных сталей - вид термической обработки заключающийся в нагреве закаленной конструкционной стали до температуры не превышающей температуру Ас₁, выдержке при этой температуре и последующим охлаждении на воздухе. Основная цель отпуска – повышение пластичности и вязкости стали, снижение склонности к хрупкому разрушению, снятие внутренних (закалочных) напряжений, а также общая стабилизация структуры стали. Изменения режима отпуска (температуры, времени выдержки) приводят к различным сочетаниям основных свойств стали.

В зависимости от температуры различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпуск (температура нагрева 120 – 250 ^оС), применяется после закалки при термической обработке высокопрочных конструкционных сталей, инструментальных сталей и для изделий после поверхностной закалки. При этом происходит снятие внутренних (закалочных) напряжений и общая стабилизация структуры стали без снижения твердости.

Сочетание закалки и низкого отпуска используют для термической обработки деталей, работающих в условиях повышенного трения и износа, требующих высокой прочности и твердости (кулачки, режущий инструмент и т.п.).

Средний отпуск (температура нагрева 350 – 450 ^оС), применяется после закалки при термической обработке в основном для рессоро-пружинных сталей для достижения высокой упругости. При этом происходит снятие внутренних (закалочных) напряжений, общая стабилизация структуры стали небольшое снижение твердости и повышение пластичности.

Высокий отпуск (температура нагрева 450 – 650 ^оС), применяется после закалки при термической обработке для различных изделий из конструкционных сталей, которые должны сочетать относительно высокую прочность и сопротивление динамическим нагрузкам. При этом происходит снятие внутренних (закалочных) напряжений, общая стабилизация структуры стали, снижение твердости и повышение пластичности.

Комплексную термическую обработку, состоящую из полной закалки и высокого отпуска конструкционных сталей, называют улучшением. Ее используют для термической обработки ответственных деталей машин, работающих при динамических нагрузках (зубчатые колеса, тяги, валы и т.п.).