Добавил:
ac3402546@gmail.com Направление обучения: транспортировка нефти, газа и нефтепродуктов группа ВН (Вечерняя форма обучения) Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

LAB8

.pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
31.05.2021
Размер:
194.22 Кб
Скачать

Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образование учреждение высшего образования

«Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина»

Кафедра металловедения и неметаллических материалов

С.П. Григорьев, В.П. Ерошкин, А.П. Ефремов, Б.М. Казаков, Г.А. Трофимова

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ : ОТПУСК

для студентов всех специальностей

Под редакцией проф. А.К. Прыгаева

Москва - 2016

2

Цель работы

1.Изучить влияние температуры нагрева на структуру и механические свойства закаленной углеродистой стали.

2.Ознакомиться с различными видами и технологическими режимами отпуска закаленной углеродистой стали.

Задание

1.Провести закалку образцов из отожженной углеродистой стали.

2.Образцы из закаленной углеродистой стали подвергнуть отпуску при различных температурах.

3.Измерить твердость образцов углеродистой стали после отпуска.

4.Провести анализ результатов исследований и объяснить полученные зависимости.

5.Выполнить индивидуальное задание по УНИРС.

Основные сведения

Отпуском называется вид термической обработки, заключающийся в нагреве закаленной стали до температур, лежащих ниже критической точки АС1, выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении .

Характер и скорость распада мартенсита и остаточного аустенита, конечная структура и свойства стали обусловлены конкретными температурами, определяющими четыре основных превращения в стали при отпуске, на основании которых разработаны и применяются в практике машиностроения при термообработке закаленных сталей три вида отпуска: низкотемпературный ( низкий ), среднетемпературный ( средний ) и высокотемпературный ( высокий ).

Низкий отпуск производится при температурах 150-2500 С . В результате такой термообработки образуется структура, так называемый отпущенный мартенсит, являющийся гетерогенной смесью пересыщенного -твердого раствора ( неоднородной концентрации ) и еще не обособившихся частиц метастабильного карбида, близкого по составу к Fe2C, сохранивших с исходной кристаллической решеткой когерентную связь.

Перераспределение растворенного углерода приводит к уменьшению его концентрации в пересыщенном твердом растворе и, в связи с этим, к уменьшению тетрогональности решетки.

Низкий отпуск обеспечивает высокую , практически на уровне закаленных сталей твердость и высокую износостойкость поверхностных слоев стали; при этом имеет место частичное снижение внутренних остаточных напряже-

3

ний, повышение ударной вязкости, что уменьшает склонность стали к хрупкому разрушению.

Низкому отпуску подвергают режущий и измерительный инструмент; детали, прошедшие поверхностную обработку - закалку, цементацию; изделия, работающие в условиях трения сопряженных деталей.

При температуре 250-3500 С происходит превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит, что приводит к снижению ударной вязкости - появлению нежелательной хрупкости материала . Поэтому в интервале этих температур отпуск сталей, как правило, не производят.

Средний отпуск проводится в интервале температур 400-4800 С. С повышением температуры отпуска до 4000 С в углеродистой закаленной стали полностью завершается процесс выделения углерода из мартенсита, Мелкодисперсные частицы карбида - Fe2C преобразуется в Fe3C ; их когерентная связь с решеткой мартенсита нарушается. Структура стали будет состоять из феррита и цементита.

Последующий нагрев до максимальных температур этого вида отпуска приводит к росту частиц цементита и изменению их формы ( начало процесса коагуляции и сфероидизации ). Одновременно, начиная с 4000 С происходит укрупнение пластинок феррита.

В результате среднего отпуска структура закаленной стали будет представлять мелкодисперсную смесь феррита и цементита, которая называется

троостит отпуска.

Полное выделение углерода из мартенсита обусловливает снятие внутренних напряжений, а начавшийся процесс укрупнения зерна , сопровождавшийся снижением твердости ( 40-50 HRC ) и, следовательно, повышением пластичности, предопределяет высокие пределы упругости и выносливости.

Средний отпуск применяют для деталей , работающих в режиме изменяющихся нагрузок: рессоры, пружины, торсионы, штампы.

Высокий отпуск выполняют при 500-6800 С. Нагрев выше 5000 С усиливает коагуляцию и сфероидизацию частиц цементита: зерна феррита еще больше укрупняются и приближаются к равноосным. В результате образуется структура, которая называется сорбитом отпуска.

Для полученной структуры характерно еще большее снижение твердости ( 30-45 HRC ) и повышение относительного сужения и особенной ударной вязкости, почти полное (90-95 % ) устранение всех внутренних напряжений .

Высокому отпуску подвергается большое количество наиболее нагруженных деталей машин, испытывающих знакопеременные и ударные нагрузки - валы, оси, зубчатые колеса, шатуны и др.

Высокий отпуск обеспечивает одновременно значительную пластичность конструкционной стали при повышенной, по сравнению с нормализацией и отжигом, прочности. Поэтому термическую обработку, состоящую из закалки и последующего высокого отпуска, называют улучшением, которому подверга-

4

ют среднеуглеродистые стали для уменьшения чувствительности к концентраторам напряжений, снижения температуры порога хладноломкости.

Для структур среднего и высокого отпуска ( троостит и сорбит отпуска с округлой зернистой формой цементита) , характерна повышенная вязкость при почти одинаковой прочности с подобными структурами, которые сформировались в результате распада переохлажденного аустенита и имеют пластинчатую форму цементита.

Следует отметить, что отпуск является единственным окончательным видом термообработки закаленной стали, температурные интервалы которого, обуславливая особенности превращения мартенсита и остаточного аустенита при нагреве, создают в материале наиболее эффективный комплекс свойств практической целенаправленности.

В качестве примера на рис.1 показано влияние температуры отпуска на механические свойства углеродистой стали.

Методика работы

Лабораторное оборудование для проведения закалки и отпуска стали включает: электрические камерные печи с автоматической системой регулирования температуры, передвижные закалочные сдвоенные баки с водой; клещи, рукавицы, защитные очки.

Для очистки от окалины и выравнивания торцовых поверхностей образцов применяется наждачный камень ( круг ), шлифовальная шкурка.

Для измерения твердости по Бринеллю используется прибор ТШ-2, а по Роквеллу - прибор ТК-2.

Для испытания используют образцы цилиндрической формы, высота которых 12-15 мм и диаметр -20 мм. Поверхности образцов должны быть плоскопараллельными и не иметь раковин, трещин и других видимых дефектов.

Исследования проводятся на образцах из стали 45. Отожженные заранее образцы в количестве 12 шт. подвергаются закалке по следующему режиму:

-температура максимального нагрева - Тmax 850 100 C .

-выдержка при Тmax - 10-15 мин;

-охлаждение в воде.

Режимы отпуска из закаленных образцов включают:

-нагрев образцов до температуры 200, 300 , 400, 500, 600, 7000 С;

-выдержка в печи при каждой заданной температуре отпуска в течение

30 мин.;

-охлаждение образцов на воздухе и в воде.

Загрузку и выгрузку образцов из печей следует производить клещами с удлиненными ручками; работу выполнять в рукавицах и защитных очках.

5

, %

62,5

50

37,5

25

12,5

0

в, МПа

 

НВ

 

 

1200

 

500

 

1000 400

800 300

600 200

400 100

200 0

в

НВ

300

400

500

600

700

Температура отпуска, 0С

Рис. 1. Зависимость механических свойств стали 40 от температуры отпуска

6

Охлажденные образцы зачищают с обоих торцов на наждачном камне ( круге ) для снятия окалины и получения плоскопараллельных поверхностей.

Твердость термообработанных стальных образцов после отпуска определяют по методу Бринелля и по методу Роквелла.

Показатели твердости по Роквеллу пересчитывают на показатели твердости по Бринеллю с помощью стандартных таблиц.

Твердость каждого образца измеряют не менее, чем в трех точках: расстояние между двумя отпечатками должно быть не менее 1,5 мм при вдавливании алмазного конуса и 4 мм при вдавливании шарика.

За результат испытаний принимают среднее арифметическое трех определений. Результаты испытаний и расчетов записываются в таблицу 1.

По данным измерений строится график зависимости твердости стали по Бринеллю от температуры отпуска для двух способов охлаждения: на воздухе и в воде.

Тема задания и форма отчетности по УНИРС определяются преподавате-

лем.

 

 

 

 

 

Таблица 1

 

 

 

 

 

 

Температура

Способ

d

 

Твердость

отпуска, 0 С

охлаждения

отпечатка, мм

НВ

 

HRC

 

 

Вода

 

 

 

 

2000

C

Воздух

 

 

 

 

 

 

Вода

 

 

 

 

3000

С

Воздух

 

 

 

 

 

 

Вода

 

 

 

 

4000

С

Воздух

 

 

 

 

 

 

Вода

 

 

 

 

5000

С

Воздух

 

 

 

 

 

 

Вода

 

 

 

 

6000

С

Воздух

 

 

 

 

 

 

Вода

 

 

 

 

7000 С

Воздух

 

 

 

 

Порядок оформления отчета

Вотчете приводятся:

1.Цель работы и задания по ее выполнению.

2.Режимы проведения термической обработки образцов из стали 45 по данной лабораторной работе.

3.Результаты оценки твердости после отпуска образцов ( табл. 1 ).

7

4.График зависимости твердости от температуры отпуска стали 45 при охлаждении в воде и на воздухе.

5.Краткие выводы по полученным зависимостям.

6.Результаты выполнения индивидуального задания по УНИРС оформляются как приложение к отчету по лабораторной работе.

8

Литература

1.Солнцев Ю.П., Пряхин Е.Н., Войткун Ф. Материаловедение, - М.: МИ-

СиС. 1999, 477 с.

2.Лахтин Ю.М. Металловедение и термообработка металлов.- М.: Металлургия, 1993, 447 с.

Соседние файлы в предмете Материаловедение