Контрольные вопросы

1. Назовите основные виды термической обработки сталей.

2. Как назначается время выдержки и для чего оно требуется при нагреве детали при термообработке?

3. Что такое закалка? Как выбирают температуру нагрева при закалке сталей?

4. Какую структуру имеет сталь после низкого, среднего, высокого отпуска?

5. Что такое остаточные напряжения, причина их появления, могут ли они быть полезными?

6. От каких факторов зависят внутренние напряжения и деформация?

7. Как влияет содержание углерода в стали на величину внутренних напряжений при термической обработке?

8. Какие технологические приемы позволяют снизить уровень закалочных напряжений?

9. Что такое ступенчатая закалка?

10. Как проводится закалка в двух средах?

11. Для каких деталей проводят изотермическую закалку?

Работа №4. Изучение охлаждающей способности закалочных сред и прогнозирование структуры детали после термической обработки Цели работы:

Изучить охлаждающую способность закалочных сред и получить температурную зависимость коэффициентов теплоотдачи. Использовать полученные значения коэффициента теплоотдачи для прогнозирования прокаливаемости по сечению детали заданной формы на основе моделирования процесса охлаждения в изучаемой среде.

Методика выполнения работы

1. Скопировать листы с именами закалочных сред согласно варианту из файла «Исходные данные.xls» в новую книгу Excel в своей рабочей папке. На каждом листе имеются два столбца – «Время» и «Температура», т.е. каждый лист содержит кривую охлаждения в численном виде. Затем в своей книге на одном графике построить три кривые охлаждения в координатах «Температура – Время» и перенести их в отчет.

2. Рассчитать скорости охлаждения закалочных сред методом численного дифференцирования. Скорость охлаждения в каждый момент времени рассчитывается по формуле:

,

где dT = T_i – T_i+1 - изменение температуры за один временной шаг;

dt = t_i+1 – t_i = 0,5 с - интервал времени, заданный при регистрации кривой охлаждения.

3. На одном графике построить зависимости скоростей охлаждения закалочных сред от температуры и перенести их в отчет.

4. По графикам определить для каждой закалочной среды следующие характеристики:

• максимальную скорость охлаждения V_max, °С/с;

• температуру достижения максимума скорости охлаждения Т_max, °С;

• скорость охлаждения при 300 С V₃₀₀, °С/с;

• время достижения температуры 600 °С t₆₀₀, с;

• время достижения температуры 400 °С t₄₀₀, с;

• время достижения температуры 200 °С t₂₀₀, с.

5. Рассчитать температурные зависимости коэффициентов теплоотдачи закалочных сред. Коэффициент теплоотдачи в каждый момент времени охлаждения рассчитывается по формуле:

где: m – масса датчика, кг (диаметр датчика 12,5 мм, длина 60 мм, плотность материала датчика 8400 кг/м³); V – скорость охлаждения, °С/с; с = 460 Дж/(кг°С) – теплоемкость материала датчика; F – площадь поверхности датчика, м² (геометрические размеры указаны выше); Т_п – температура поверхности датчика, °С (принять ее равной температуре, которую показывает термопара датчика); Т_ср - температура закалочной среды (принять ее равной 20 °С).

6. На одном графике построить зависимости коэффициентов теплоотдачи закалочных сред от температуры и перенести их в отчет.

7. Смоделировать охлаждение бесконечной детали прямоугольного сечения в трех закалочных средах согласно варианту. Задача решается моделированием процесса охлаждения детали (путем решения уравнения теплопроводности методом конечных разностей) в выбранной среде, охлаждающая способность которой задана температурной зависимостью коэффициента теплоотдачи.

Запустить программу sf7.xls^. На листе «данные» задать марку стали и первую закалочную среду (выбрать названия из списков). Задать начальную температуру (температуру закалки) и продолжительность расчета (время охлаждения) согласно варианту задания.

8. На листе «деталь» задать область закалочной среды - выделить прямоугольник размером, большим, чем размер сечения детали, и нажать кнопку «определить среду». Затем внутри этого прямоугольника выделить прямоугольник с размерами, соответствующими варианту задания, и нажать кнопку «определить деталь». Затем задать две контрольные точки – в центре сечения и вблизи края детали (чтобы задать контрольную точку, необходимо выделить ячейку и нажать кнопку «определить контрольную точку»). В этих точках будут рассчитаны кривые охлаждения.

9. Вернуться на лист «деталь» и нажать кнопку «начать расчет».

10. По окончании расчета перейти на лист «кривые охлаждения». Там изображена термокинетическая диаграмма стали с наложенными на нее кривыми охлаждения детали. Зарисовать эскиз термокинетической диаграммы в отчете и нанести на него кривую охлаждения центра детали.

11. Повторить расчет для двух других закалочных сред и нанести еще две кривые охлаждения центра детали на график.

12. Сделать выводы: в каких из изученных закалочных сред данная деталь закалилась насквозь; сравнить возможные закалочные деформации в исследованных закалочных средах.