3.4. Методичні вказівки
Дану лабораторну роботу виконують фронтально бригади з 2-3 осіб. Кожна бригада одержує робоче місце терміста (муфельну електричну піч опору, гартівні середовища – масло мінеральне і воду, інструмент) комплект зразків (4 шт.) вуглецевої сталі для термічної обробки. По діаграмі стану залізовуглецевих сплавів (див. рис. 3.1) слід визначити критичні точки Ac3 і Ac1 і записати до протоколу (табл. 3.1).
Температура нагрівання зразків для відпалу і нормалізації доевтектоїдної сталі визначається за емпіричною формулою:
для гартування – за формулою:
Таблиця 3.1 – Результати термічної обробки сталі___________
Вид термічної обробки |
Режим термообробки |
Швидкість охолодження, °С/с |
Твердість, МПа |
Передбачувана структура |
||
t, ˚С |
τ, хв. |
НВ |
HRC |
|||
Відпал
|
|
|
|
|
|
|
Нормалізація
|
|
|
|
|
|
|
Гартування в мастилі |
|
|
|
|
|
|
Гартування у воді |
|
|
|
|
|
|
Тривалість нагрівання повинна забезпечити прогрівання виробу по площі перетину і повне завершення фазових перетворень, але не повинна бути занадто великою, щоб не викликати надзвичайного росту зерна й зневуглецьовування поверхневих шарів сталі. Час нагрівання і витримки зразків варто визначити за таблицею 3.2 і записати до протоколу (див. табл. 3.1) Оскільки зразки будуть нагріватися вище 800°C, і нижче 900°C, необхідний час слід визначати методом інтерполяції.
Таблиця 3.2 – Час нагрівання і витримки деталей для термічної обробки
-
Температура нагрівання, °С
Форма виробу (деталі)
Круг
Квадрат
Пластина
Тривалість нагрівання, хв.
На 1мм діаметра
На 1мм товщини
600
700
800
900
1000
2,4
1,5
1,0
0,8
0,4
3,0
2,2
1,5
1,2
0,6
4,0
3,0
2,0
1,6
0,6
Повний час нагрівання і витримки зразків при завантаженні в розігріту піч знаходять за емпіричною формулою, хв:
де τ – час нагрівання 1мм товщини зразка, хв;
h – товщина зразка, мм;
0,2 τ – час ізотермічної витримки, хв.
Гартування значно підвищує твердість, міцність, зносостійкість завдяки одержанню гартівних структур: мартенситу, трооститу, сорбіту і т. п.
Мартенсит – перенасичений твердий розчин вуглецю в Feα. Він утворюється в вуглецевих сталях при великих швидкостях охолодження (180 °С/с і вище) у воді і водних розчинах солей і лугів і має досить високу твердість (HRC 50...60; НВ 500...600) (див. рис. 3.2).
Трооститом називається феритно-цементитна високодисперсна суміш. Він утворюється при трохи менших швидкостях охолодження (130...170 °С/с), що досягається звичайно при охолодженні в мастилі.
Сорбітом називається також феритно-цементитна суміш, однак дисперсність її менша, ніж у трооститу. Він утворюється при меншій швидкості охолодження, ніж троостит. Тому пластинки зерен цементиту в сорбіті утворюються крупніші, ніж у трооститі, а твердість сорбіту (НВ 270...350) менша, ніж трооститу (HB 350...450).
При гартуванні доевтектоїдної сталі (рис. 3.3) нагрівання здійснюють до температур вище критичної точки Ac3 (лінія GS) на 20...30 °С і після витримки для розчинення надлишкових фаз в аустеніті охолоджують зі швидкістю, що перевищує критичну. Нагрівання доевтектоїдної сталі нижче т. Ac3 не рекомендується, тому що в структурі залишається деяка кількість фериту, що призводить до зменшення її твердості.
Рисунок 3.3 – Схема гартування доевтектоїдної сталі (а)