Термическая обработка конструкционных сталей

Конструкционные стали предназначены для изготовления деталей машин и конструкций, испытывающих при работе высокие механические напряжения и ударные нагрузки. Для обеспечения эксплуатационной надежности и долговечности деталей эти стали должны обладать наилучшим сочетанием достаточно высоких прочностных (σ_в, σ_0,2) и пластических свойств (δ, ψ), включая необходимый уровень вязкости. Требуемое сочетание свойств обеспечивается в сталях, содержащих 0,3…0,5 % С, после закалки с высоким отпуском.

Для выполнения лабораторной работы необходимы образцы из углеродистой (марок 45, 40, 35) и легированной (марок 40Х, 30ХГС и т. п.) сталей, электропечь для закалки (840…860 °С), две электропечи для отпуска (нагретые на 250 и 500 °С), твердомеры Бринелля и Роквелла, шлифовальная шкурка средней зернистости, закалочные емкости с водой и маслом.

Порядок выполнения работы

1. Нагреть образцы из предложенных преподавателем двух марок стали (одна – углеродистая, вторая – легированная) до закалочных темпе-ратур (860…840 °С). Время нагрева оценивается из расчета 1 мин на 1 мм толщины или диаметра образцов.

2. По одному образцу из каждой исследуемой стали охладить на воздухе, в масле, в воде.

3. Зачистить торцевые поверхности образцов шлифовальной шкуркой.

Таблица 5.1

Марка стали	Содержание основных элементов	Температура закалки, °С	Среда охлаждения	HRC, HB	Температура отпуска, °С	HRC, HB
Углеродистая		840…860	Вода		250
					500
			Масло		250
					500
			Воздух		–
Легированная		840…860	Вода		250
					500
			Масло		250
					500
			Воздух		–

4. Измерить твердость образцов после всех вариантов охлаждения (по Бринеллю – после охлаждения на воздухе, по Роквеллу – после охлажде-ния в масле и в воде).

5. Выполнить отпуск образцов, закаленных в масле и в воде, при температурах 250 и 500 °С в течение 30…45 мин и охладить на воздухе.

6. Измерить твердость отпущенных образцов по Роквеллу.

7. Оформить рабочую таблицу 5.1 и построить графики изменения твердости.

Термическая обработка инструментальных углеродистых сталей

Инструментальные углеродистые стали предназначены для изготовления режущих (напильников, метчиков, разверток, стамесок и т. п.) и штамповых (матриц, пуансонов, накатников и т. п.) инструментов.

Требуемые эксплуатационные свойства, такие, как способность длительное время сохранять остроту режущих кромок, высокую прочность, твердость, износостойкость, обеспечиваются высоким содержанием углерода в стали (0,7…1,2 % С) и термической обработкой, заключающейся в закалке на максимальную твердость (свыше HRC 60) с последующим низким отпуском (150…200 °С). Низкий отпуск сохраняет высокую твердость закаленной стали и несколько повышает ее вязкость за счет уменьшения внутренних закалочных напряжений.

Углеродистые инструментальные стали обозначаются марками У7, У8, У9, У10, У11 и У12, где цифры обозначают содержание углерода в десятых долях процента. Из-за отсутствия специальных легирующих элементов эти стали не обладают теплостойкостью, т. е. они не способны сохранять высокую твердость после разогрева свыше 200 °С. Поэтому их используют для изготовления преимущественно ручного инструмента, работающего при небольших скоростях резания без существенного разогрева. При повышенных скоростях резания, например, на токарных и сверлильных станках, инструмент разогревается, теряет твердость, его последующая перезаточка бесполезна и для таких условий работы следует переходить на более теплостойкие легированные инструментальные стали вплоть до быстрорежущих, которые допускают разогрев инструмента до 500 – 600 °С.

Для выполнения лабораторной работы необходимы образцы из углеродистых инструментальных сталей (марок У7, У8, У10), электропечи для закалки и отпуска, закалочные емкости с водой, твердомер Роквелла, шлифовальная шкурка средней зернистости.