18

Утверждаю

Ректор университета

__________________А.В.Лагерев

«____»____________2008 г.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

И ТЕХНОЛОГИЯ конструкционных МЕТАЛЛОВ

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ

ПОВЕРХНОСТНЫХ МЕТОДОВ УПРОЧНЕНИЯ

(ЗАКАЛКИ ТВЧ, ЦЕМЕНТАЦИИ, АЗОТИРОВАНИЯ)

Методические указания

к выполнению лабораторной работы № 12 для студентов

очной и заочной форм обучения

всех специальностей

2-е изд., перераб. и доп.

Брянск 2008

УКД 669.01

Материаловедение, материаловедение и технология конструкционных материалов. Изучение микроструктуры сталей после поверхностного упрочнения (закалка ТВЧ, цементация, азотирование): методические указания к выполнению лабораторной работы № 12 для студентов очной и заочной форм обучения всех специальностей –

2-е изд., перераб. и доп. - Брянск: БГТУ, 2008. – 18 с.

Разработали:

В.П.Мельников

канд. техн. наук, доц.,

С.В.Давыдов

д-р. техн. наук, проф.

Рекомендовано кафедрой «Технология металлов и металловедение» бгту (протокол № 6 от 30.10.07 г.)

Печатается по изданию: Материаловедение, материаловедение и технология конструкционных материалов. Изучение микроструктуры сталей после поверхностного упрочнения (закалка ТВЧ, цементация, азотирование): методические указания к лабораторной работе № 12 для студентов дневной и заочной форм обучения всех специальностей. – Брянск: БИТМ, 1990. – 13 с.

Цель и задачи работы

Цель работы – ознакомиться с методами поверхностного упрочнения и их влиянием на надежность и долговечность работы деталей.

Задачи работы - изучить микроструктуру и твердость поверхностных слоев и сердцевины стальных деталей после закалки ТВЧ, цементации и азотирова­ния. Ознакомиться с методами определения глубины слоя закалки, цементации и азотирования.

Продолжительность работы – 4 часа.

Необходимое оборудование и материалы

1. Металлографический микроскоп для изучения микроструктуры и измерения глубины слоя.

2. Макротемплеты и микрошлифы от деталей, подвергнутых:

- закалке ТВЧ (обр.№1 и №2);

- цементации, закалке и низкотемпературному отпуску (обр. № 3...6);

- закалке, высокотемпературному отпуску и азотированию (обр. № 7…8);

3. Образцы с указанием марки стали.

Задание и порядок работы

1. Провести макро- и микроанализ шлифов коллекции образцов от деталей, подвергнутых закалке ТВЧ, цементации и азотированию. Изучить и зарисовать микроструктуру.

2. Определить глубину поверхностных слоев (после цементации и азотирования по микроструктуре; после закалки ТВЧ по микроструктуре и микротвердости по Виккерсу).

За глубину слоя цементации принимают расстояние от поверхности до полуперлитной зоны (50 % перлита + 50 % феррита). В этой зоне концентрация углерода ~ 0,4 %.

Глубина закаленного при ТВЧ слоя определяется либо по макро-структуре, либо измерением твердости по Виккерсу (или микротведости). Во втором случае за глубину закаленного слоя принимают расстояние от поверхности до полумартенситной структуры (50 % мартенсита + 50 % троостита).

3. Замерить твёрдость поверхностных слоев и сердцевины (после закалки ТВЧ и цементации на приборе Роквела, после азотирования на приборе Виккерса).

Составить отчет, в котором:

-описать особенности каждого способа, излагая кратко, четко и по существу изучаемого вопроса.

-привести данные результатов измерений твёрдости и глубин слоев (табл.1);

Таблица 1

Технологические параметры упрочненной поверхности

№ образца	Вид поверхностной обработки	Марка стали	Глубина слоя, мм	Твердость
				Поверхности		Сердцевины
				HB	HRC (HV)	HB	HRC (HV)

- сопоставить твердость поверхностных слоев и сердцевин и дать сравнительный анализ;

- изучить, зарисовать и описать микроструктуру поверхностных слоев и сердцевин;

- привести данные о рекомендуемых глубинах закалки ТВЧ, цементации, азотирования, концентрациях: насыщения углеродом при цементации в практике;

- объяснить, за счет чего увеличивается надежность и долговечность работы деталей в каждом случае;

- указать условия целесообразности применения того или иного вида обработки, марки применяемых сталей.

Техника безопасности

При выполнении лабораторной работы студенты проходят инструктаж по технике безопасности, который проводит преподаватель, ведущий учебное занятие, с соответствующей записью в журнале по технике безопасности.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗАКАЛКЕ ТВЧ,

ЦЕМЕНТАЦИИ, АЗОТИРОВАНИИ

Общая часть

в практике рабочая поверхность многих контактирующих в работе друг с другом деталей истирается (изнашивается), либо работает с большими контактными нагрузками¹ (рис.1). В ряде случаев между контактирующими поверхностями деталей (сопряженными парами) кроме истирания возможно адгезионное схватывание (сваривание), что приводит к образованию задиров (вырывов металла) на рабочей поверхности.

Рис.1. Примеры условий работы контактирующих деталей:

а - истирание (износ) поверхностей и изгиб зубьев шестерен;

б - работа с контактными нагрузками (обкатка ролика по кулачной шайбе);

в - истирание (износ) и адгезионное схватывание взаимнотрущихся

поверхностей плунжерной пары

Это ведет к нарушению (ухудшению) условий работы деталей пар (рис.1в). Одновременно с этим сердцевина² деталей может воспринимать циклические, переменные и ударные нагрузки, а в некоторых случаях работать еще и на срез¹.

Для обеспечения нормальной (надежной) работы деталей сопряженных пар такого типа, кроме высокой твердости, износостойкости контактной прочности или задиростойкости² поверхностных слоев, необходимо, чтобы сердцевина деталей во многих случаях обладала пластичностью и особенно ударной вязкостью. В таких условиях обычно работают поршневые пальцы, всевозможные шестерни, втулки и ролики приводных цепей, распредвалы и др.

К обработкам, позволяющим существенно изменять свойства поверхностных слоев, сохраняя пластичной и вязкой сердцевину деталей, относятся различные виды химико-термических обработок (цементация, азотирование и др.) и поверхностных закалок (например, закалка ТВЧ).