ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9 ОТПУСК УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Цельработы

Исследование влияния температуры отпуска на структуру и свойства конструкционной углеродистой стали.

Приборы, материалыиинструмент

Камерная печь, щипцы, набор закаленных образцов из стали 45, набор микрошлифов, микроскоп МИМ-7, твердомер ТШ для определения твердости по методу Бринелля и твердомер ТК для определения твердости по методу Роквелла.

Краткиетеоретическиесведения

Отпуск заключается в нагреве закаленной стали ниже температуры первого фазового превращения (Ас1), выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении сопределенной скоростью (чаще всего навоздухе).

Отпуск делается для уменьшения величины внутренних напряжений, возникших в изделии при закалке, а также для получения нужного комплекса механических свойств стальных изделий. В практике термической обработки стали наиболее часто применяют три вида отпуска: низкий (150–200 °С),

средний (350–500 °С) и высокий (500–650 °С).

Основными фазами закаленной доэвтектоидной стали являются мартенсит и остаточный аустенит. В заэвтектоидных сталях кроме этих фаз присутствуют еще карбиды.

В процессе отпуска в закаленной стали протекают диффузионные процессы, ведущие к распаду мартенсита и остаточного аустенита. В углеродистых сталях, при температурах 120–200 °С, уменьшается концентрация углерода в мартенсите, возникают микроучастки структуры с неоднородным распределением углерода в α-твердом растворе и образуются весьма дисперсные частицы карбидов (ε-карбид), когерентные (неразрывные) с кристаллами α-твердого раствора. Такая структура называется отпущенным мартенситом (рис. 9.1, а), а этот вид отпуска низким. Его осуществляют для сохранения высокой твердости необходимой инструментальным сталям.

Одновременно с превращениями в мартенсите углеродистой стали при температурах 200–300 °С происходит распад остаточного аустенита, продукты которого аналогичны структуре отпущенного мартенсита. Примерно при 350 °С мартенсит исчезает, так как степень тетрагональности решетки α-Fe становится равной единице, одновременно частицы ε-карбида те-

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9 ОТПУСК УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Краткие теоретические сведения

твердость стали снижается, а возрастают показатели ударной вязкости и предела упругости. Получить хорошее сочетание достаточной прочности, вязкости и пластичности (стали для ответственных деталей машин) позволяет высокий отпуск.

Взаимосвязь между механическими свойствами отпущенной стали, ее структурой и температурой отпуска представлена на рис. 9.2.

Каждый вид отпуска имеет определенный температурный режим и применяется для сталей различного назначения.

Порядоквыполненияработы

1.Каждый студент получает один образец закаленной стали 45, замеряет твердость на приборе Роквелла.

2.Помещает в муфельную печь на отпуск при заданной температуре. Время нагрева образца – 30 мин с последующим охлаждением на воздухе.

3.После остывания замеряет твердость отпущенной стали на приборе Роквелла. Данные по всем режимам отпуска сводятся в табл. 9.1.

Таблица 9.1

Данные лабораторных испытаний

Содержаниеотчета

1.Кратко описать ход работы.

2.По данным табл. 9.1 построить графическую зависимость твёрдости от температуры отпуска в координатах HRC – T отпуска.

3.Изобразить все исследуемые образцы стали 45 в кружках диаметром 25 или 50 мм и указать структурные составляющие.

4.Ответить на вопросы индивидуального задания.

Заданияклабораторнойработе

1. Назначить режим термической обработки (закалка, отпуск) фрез из стали У12. Описать сущность происходящих превращений, микроструктуру и твердость инструмента после обработки.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9 ОТПУСК УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Задания к лабораторной работе

2.Используя диаграмму Fe–Fe3C и кривую изменения твердости в зависимости от температуры отпуска, назначить для стали 50 температуры закалки и отпуска, необходимые для обеспечения твердости 4 000 НВ. Описать превращения, которые происходят в данной стали в процессе закалки и отпуска и конечную структуру.

3.Назначить режимы термической обработки (закалка, отпуск) рессор из стали 65, которые должны иметь твердость 40–45 НRС. Описать сущность происходящих в процессе термообработки превращений, микроструктуру и свойства рессор в готовом виде.

4.Назначить режим термической обработки (закалка, отпуск) метчиков из стали У10, описать сущность происходящих превращений, микроструктуру и твердость инструмента после термообработки.

5.Изделия из стали 60 закалки и последующего отпуска имеют твердость, превышающую обусловленную техническими условиями. Чем вызван этот дефект? Как его можно устранить? Описать сущность превращений, происходящих при термической обработке.

6.После закалки и отпуска углеродистой стали получена структура

цементит + мартенсит отпуска. Нанесите на диаграмму Fe–Fe3C (примерно) ординату заданной стали и укажите температуру нагрева этой стали под закалку. Укажите температуру отпуска и опишите превращения, которые произошли в процессе закалки, отпуска.

7.Назначить режим термической обработки (закалка, отпуск) изделий из стали 45, которые должны иметь твердость 2 300–2 500 НВ. Описать превращения происходящие при термической обработке, микроструктуру и твердость изделий в готовом виде.

8.Описать сущность и назначение отпуска. Дать характеристику всех видов отпуска и область применения каждого из них. Привести примеры изделий, подвергаемых различным видам отпуска.

9.Назначить режим термической обработки (закалка, отпуск) пружин из стали 70, которые должны иметь твердость 40–45 НRС. Описать сущность происходящих превращений и микроструктуру стали после термообработки.

10.Углеродистые стали 35 и У8 имеют после закалки и отпуска структуру – мартенсит отпуска и твердость: первая – 52 НRC, вторая – 60

НRC. Используя диаграмму Fe–Fe3C, указать температуру закалки и отпуска каждой стали. Описать превращения, происходящие в этих сталях в процессе закалки и отпуска и объяснить почему мартенсит отпуска стали У8 имеет большую твердость, чем мартенсит отпуска стали 35.

11.Назначить режим термической обработки (закалка, отпуск) стяжных болтов из стали марки Ст5, которые должны иметь твердость 2 100–2 300 НВ. Описать превращения при термообработке, микроструктуру и свойства болтов в готовом виде.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9 ОТПУСК УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Задания к лабораторной работе

12.При какой температуре производится отпуск закаленных рессор из стали 65? Описать сущность превращений, происходящих в процессе закалки

иотпуска рессор, их микроструктуру и свойства.

13.Указать микроструктуру и свойства образцов из стали 45, подвергнутых правильной закалке и отпуску:

1– при 200 °С в течение 1 ч,

2– при 550 °С в течение 1 ч.

Описать сущность превращений, происходящих при отпуске.

14.Используя диаграмму Fe–Fe3C и кривую изменения твердости в зависимости от температуры отпуска, назначить для стали 40 температуру закалки и отпуска, необходимую для обеспечения твердости 500 НВ. Описать превращения, которые произошли в стали в процессе закалки и отпуска и микроструктуру после термообработки.

15.Что собой представляет термообработка холодом закаленных изделий? С какой целью она проводится? Как изменяется структура и свойства стальных изделий после такой обработки?

16.Образцы из стали 45 должны иметь твердость: 1–40 HRC; 2–30 HRC. Укажите режим термической обработки, обеспечивающий получение заданной твердости. Опишите превращения, происходящие при обработке и микроструктуре изделий в готовом виде.

17.Указать микроструктуру и свойства двух закаленных образцов из углеродистой стали с 0,8–0,9 % С, если один из них подвергался отпуску при 200 °С в течение одного часа, а другой отпуску при 350 °С в течение 1 ч. Объясните различие в микроструктуре закаленной и низкоотпущенной стали.

18.Назначить режим термической обработки (закалка, отпуск) штампов из стали У8. Описать сущность происходящих превращений, микроструктуру и твердость инструмента после термообработки.

19.Назначить режим термической обработки (закалка, отпуск) зубил из стали У7. Описать сущность происходящих превращений, микроструктуру

итвердость инструмента после термообработки.

20.Назначить режим термической обработки (закалка, отпуск) резьбовых калибров из стали У9. Описать сущность происходящих превращений, микроструктуру и твердость инструмента после термообработки.

21.Указать микроструктуру и свойства образцов из стали У8, подвергнутых правильной закалке и отпуску:

1– при 180 °С в течение 1 ч,

2– при 350 °С в течение 1 ч.

Описать сущность превращений, происходящих при отпуске.

22.Назначить режим термической обработки (закалка, отпуск) пружин из стали 65, которые должны иметь твердость 40–45 HRC. Какие превращения происходят в стали в процессе термообработки? Какую структуру

исвойства имеют пружины в готовом виде?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9 ОТПУСК УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Задания к лабораторной работе

23.Назначить режим термической обработки (закалка, отпуск) валов из стали 40, которые должны иметь твердость 3 000 HВ. Описать превращения, которые произошли в стали в процессе закалки и отпуска и описать полученную структуру.

24.Изделия из стали 40 должны иметь твердость 4 500 НВ. Назначить режим термической обработки (закалка, отпуск), обеспечивающий получение заданной твердости. Какие превращения происходят в стали при данной термообработке? Какая получается микроструктура?

25.Назначить режим термической обработки (закалка, отпуск) метчиков из стали У10. Описать сущность превращений, происходящих при термообработке микроструктуру и свойства инструмента в готовом виде.

Контрольныевопросы

1.Каково назначение отпуска стали? Перечислите виды отпуска и их применение.

2.Чем мартенсит закалки отличается от мартенсита отпуска?

3.Как влияет повышение температуры отпуска на пределы прочности

иупругости стали?

4.Какую структуру должны иметь после термической обработки (закалка и отпуск) рессоры, пружины и пилы?

5.При каких температурах отпуска заканчивается распад аустенита остаточного?

6.Как изменяются структура и свойства стали в связи с коагуляцией карбидной фазы при отпуске?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 10 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ

КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Цельработы

Изучить назначение легирования; состав, классификацию и маркировку легированных сталей; структуру и свойства представленных образцов конструкционных машиностроительных низколегированных сталей после различной термической обработки.

Приборы, материалыиинструмент

Оптический микроскоп МИМ-7; коллекция микрошлифов легированных конструкционных сталей; плакаты, альбомы с изображением различной микроструктуры легированной конструкционной стали.

Краткиетеоретическиесведения

Элементы, специально вводимые в сталь с целью изменения ее строения и свойств, называют легирующими элементами – Л.Э.

По химическому составу стали могут быть распределены на следующие группы:

–низколегированные – Л.Э. < 5 %;

–среднелегированные – Л.Э. > 5 %;

–высоколегированные – Л.Э. ≥ 10 %.

В обозначении марок первые цифры указывают среднюю массовую долю углерода: в сотых долях процента для конструкционных сталей или в десятых долях процента для инструментальных сталей. Буквы за цифрами означают: Р – бор, Ю – алюминий, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Г – марганец, Н – никель, М – молибден, В – вольфрам. Цифры, стоящие после букв, указывают примерную массовую долю легирующего элемента в целых единицах, процентах. Отсутствие цифры означает, что в марке содержится до 1,5 % этого легирующего элемента. Буква А в конце наименования марки означает «высококачественная сталь». «Особовысококачественная сталь» обозначается буквой Ш через тире в конце наименования марки. Например, качественная – 30ХГС, высококачественная – 30ХГСА, особовысококачественная – 30ХГС-Ш.

Назначение легирования. Легирование проводится для получения у сталей особых свойств: магнитных; высокого электросопротивления; заданного коэффициента линейного расширения; коррозионной стойкости; жаропрочности; жаростойкости; износостойкости; окалиностойкости; теплостойкости.

ЛАБ. Р. 10 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Краткие теоретические сведения

Перечисленные свойства можно достичь лишь у высоколегированных сталей.

Введение в сталь небольшого количества легирующих элементов и получение низколегированных сталей осуществляется для повышения прокаливаемости.

В отожженном состоянии легированные стали по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых.

Влияние легирующих элементов на повышение механических свойств сталей достигается при использовании сталей в термически упрочненном состоянии.

Чем выше устойчивость переохлажденного аустенита, тем меньше критическая скорость закалки Vкр и выше прокаливаемость стали.

Легированные стали (рис. 10.1, б, в) имеют более высокую устойчивость переохлажденного аустенита, если в нем растворены легирующие элементы, т. к. диаграмма изотермического распада с повышением содержания легирующих элементов смещается вправо.

Рис. 10.1. Диаграмма изотермического распада аустенита при охлаждении на воздухе: а – углеродистой стали; б – низколегированной стали; в – среднелегированной стали

Легирование стали, даже небольшим количеством легирующих элементов, повышает прокаливаемость. Эффективно повышает прокаливаемость введение нескольких элементов (хрома и марганца; хрома и никеля; хрома, никеля и молибдена и т. д.).

Влияние легирующих элементов на полиморфные превращения желе-

за. Легирующие элементы могут изменять температуру полиморфных превращений железа, образуя с ним твердые растворы замещения.

При этом меняются температуры линий А3 (GS) и А4 (NJ) определяющие область существования α и γ железа на диаграмме Fe–Fe3C.

Поэтому диаграммы Fe–легирующий элемент имеют конфигурацию, отличную по сравнению с диаграммой Fe–Fe3C. Легирующие элементы по влиянию на полиморфизм железа делятся на две группы:

1. При высоком содержании Ni и Mn повышается температура А4 (NJ) до линии солидус и понижается температура А3 (GS) до комнатной (рис. 10.2, а). При определенной концентрация легирующих элементов сплавы не имеют α ↔ γ превращения при всех температурах, а представляют

ЛАБ. Р. 10 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Краткие теоретические сведения

собой твердый раствор легирующих элементов в γ-железе. Такие стали называют аустенитными.

2. При большом количестве в стали Cr, Mo, W, V, Si, Ti, Al, S и т. д. понижается температура А4 (NJ) и повышается температура А3 (GS). Это сужает и замыкает область существования γ – модификации (рис. 10.2, б). При определенном содержание легирующих элементов, сплавы при всех температурах, состоят из твердого раствора легирующих элементов в α-железе. Такие стали называют ферритными, если содержание углерода в них пониженное.

Рис. 10.2. Схема диаграммы состояния железо–легирующий элемент:

а – Fe–Л.Э. (Mn, Ni); б – Fe–Л.Э. (Cr, Mo, W и др.)

При классификации сталей по структуре учитываются особенности

еестроения в нормализованном и отожженном состояниях

1.В нормализованном состоянии – после охлаждения на воздухе стали подразделяются на стали перлитного, мартенситного, аустенитного и ферритного классов.

Стали перлитного класса. Кривая скорости охлаждения на воздухе (рис. 10.3, а) пересекает область перлитного превращения с образованием структур: перлит, сорбит и тростит (из-за невысокой устойчивости переохлажденного аустенита). К этому классу относятся углеродистые и низколегированные стали.

Рис. 10.3. Диаграмма изотермического распада аустенита для сталей трех структурных классов: а – перлитного; б – мартенситного; в – аустенитного

ЛАБ. Р. 10 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Краткие теоретические сведения

Стали мартенситного класса. Они отличаются высокой устойчивостью переохлажденного аустенита. Так как с увеличением содержания легирующих элементов область перлитного распада сдвигается вправо и охлаждение на воздухе приводит к мартенситному превращению (рис. 10.3, б).

К этому классу относятся средне- и высоколегированные стали. Стали аустенитного класса. Эти стали получают при увеличении со-

держания легирующих элементов (Mn, Ni), сдвигая вправо область перлитного превращения (рис. 10.3, в). Также у них интервал мартенситного превращения ниже 0 °С, поэтому аустенитная структура сохраняется ниже Т = 20–25 °С.

Стали ферритного класса. Эти стали получают введением элементов хром, кремний, вольфрам, ванадий и др. расширяющих α-область.

Легирующие элементы значительно влияют на фазовые превращения в сталях. На рис. 10.4. показаны изменения вида диаграммы Fe–Fe3C, т. к. элементы Cr, Si, V, Ti и др. уменьшают эвтектоидную концентрацию углерода и его предельную растворимость в аустените при всех температурах, сдвигая точки S и Е влево.

Рис. 10.4. Диаграмма состояния Fe–Fe3C

Повышение содержание легирующих элементов в составе сталей смещает точку S на диаграмме Fe–Fe3C влево (рис. 10.4), что способствует формированию заэвтектоидной структуры при невысоком содержании углерода. Например, ее имеет сталь 40Х13.

2. В отожженном состоянии по структуре, полученной в условиях равновесия, легированные стали делят на классы:

доэвтектоидный – структура: эвтектоид и легированный феррит; эвтектоидный – с перлитной структурой;

ЛАБ. Р. 10 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Краткие теоретические сведения

заэвтектоидный – структура эвтектоид и избыточные вторичные кар-

биды;

карбидный – стали этого класса в литом состоянии имеют в структуре эвтектику – ледебурит при 0,8–1,2 % С, т. к. высокое содержание легирующих элементов смещает точку Е на диаграмме Fe–Fe3C влево (рис. 10.4). Например, в стали Х12Ф1, легированной 12 % Cr, ледебурит появляется в структуре при содержании углерода ≈ 1,3 %. Характерно, что небольшое количество ледебуритной эвтектики при пониженном содержании углерода, не снижает способности сплава обрабатываться давлением в горячем состоянии, тогда как нелегированный белый чугун (С > 2,14 %) теряет способность к обработке давлением даже при малых количествах ледебурита.

По взаимодействию с углеродом в стали, легирующие элементы подразделяют на две группы:

1)элементы: Si, Ni, Cu, Al, Со растворяются в аустените и не взаимодействуют с углеродом (нейтральные);

2)карбидообразующие элементы: Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Nb, Zr, Ti, (взаимодействующие с углеродом).

При введении в сталь карбидообразующего элемента в небольшом количестве (1–2 %) образования его карбида не произойдет, но атомы легирующих элементов частично заменяют атомы железа в решетке цементита.

Следовательно, образуется легированный цементит, например, (Fe, Mn)3С, мало отличающийся по свойствам от обычного цементита.

Хром образует растворимые в аустените карбиды:

–в среднелегированных сталях Cr7C3;

–в высоколегированных сталях Cr23C6.

Хром влияет на общий процесс карбидообразования. При его введении в сталь с W и Мo в соответствующем количестве, появляются сложные карбиды содержащие Cr, W, Mo и Fe.

Их формула М6С, где символ М показывает сумму металлических элементов в составе карбида.

Карбиды М6С могут растворяться в аустените при температурах, более высоких, чем карбиды хрома, и легировать его.

В зависимости от свойств легированных сталей в них присутствуют различные виды и сочетания карбидов.

Низколегированные конструкционные стали перлитного класса. Важ-

ное значение в машиностроении имеют конструкционные низколегированные стали. Эти стали относятся к сталям перлитного класса, потому что при охлаждении на воздухе приобретают перлитную структуру.

Совместное воздействие термической обработки и легирования является эффективным способом повышения механических характеристик стали.

Содержание углерода является еще одним фактором, влияющим не только на структуру и свойства стали, но и на принципы ее классификации по типу термической, химико-термической обработки и назначению.

ЛАБ. Р. 10 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Краткие теоретические сведения

По количеству углерода низколегированные конструкционные машиностроительные стали делятся:

на цементуемые – 0,1–0,3 % С; улучшаемые – 0,3–0,5 % С; рессорно-пружинные – 0,55–0,8 % С; шарикоподшипниковые – 0,9–1,1 % С.

Цементуемые стали. Стали с содержанием углерода 0,1–0,25 % являются низкоуглеродистыми и слабо упрочняются закалкой.

Упрочнение этих сталей достигается химико-термической обработкой (ХТО) – цементацией.

Поверхность заготовки подвергают диффузионному насыщению углеродом в твердой и газообразной среде при Т = 1 000–950 °С.

Функциональное назначение низкоуглеродистых сталей – работа в условиях трения (зубчатые колеса, кулачки, валы, пальцы и т. д.).

Для получения заданного комплекса механических свойств после цементации необходима дополнительная термическая обработка деталей: двойная закалка и низкий отпуск, после чего поверхностный слой приобретает структуру отпущенного мартенсита с включениями карбидов и твер-

дость 58–62 HRC (рис. 10.5).

Мартенсит отпуска

Рис. 10.5. Цементованный термообработанный слой зубчатого колеса

После цементации поверхностный слой содержит более 0,8 % С и имеет структуру заэвтектоидных сталей – перлит и вторичный цементит.

Под поверхностным слоем изделие имеет эвтектоидную концентрацию углерода и перлитную структуру.

По направлению к сердцевине концентрация углерода уменьшается, структура соответствует доэвтектоидной стали и количество перлита уменьшается.

Сердцевина может приобрести структуру бейнита или троостита, сорбита и твердость 30–42 HRC.

Марки стали этой группы: 15Х, 20Х, 15Х2, 25ХГМ, 12ХМ3А Улучшаемые стали. Среднеуглеродистые (0,3–0,5 % С) низколегиро-

ванные стали приобретают высокие механические свойства после термиче-

ЛАБ. Р. 10 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Краткие теоретические сведения

ского улучшения – закалки при температуре 820–880 °С и высокого отпуска при температуре 550–650 °С.

Структура стали после улучшения – сорбит.

Улучшаемые стали имеют высокий предел текучести σ0,2, малую чувствительность к концентраторам напряжений, высокий предел выносливости σв и достаточный запас вязкости KCU.

Детали машин из этих сталей работают при ударных и циклических нагрузках (валы, штоки, шатуны и т. д.) иногда при пониженных температурах.

Выбор марки стали (степени легирования) определяется размером термически обрабатываемой заготовки и условиями ее работы.

Марки стали этой группы: 40Х, 45Х, 35ХГСА, 40ХН, 45ХН. Повышение количества легирующих элементов позволяет повысить прокаливаемость, а значит увеличить поперечное сечение изделий из этих сталей.

Рессоро-пружинные стали. Для обеспечения работоспособности силовых упругих элементов применяют стали с повышенным содержанием уг-

лерода (0,5–0,7 %).

Недорогие и достаточно технологичные рессорно-пружинные стали широко используют в авто- и тракторостроении, железнодорожном транспорте и станкостроении.

Эти стали должны иметь высокий предел упругости (текучести), что обеспечивает трооститная структура. Полученная закалкой при 800–850 °С в масле или воде с последующим средним отпуском при 350–520 °С.

Примерные марки стали для рессор сечением до 20 мм – 55С2, 70С3А, а для пружин и рессор сечением 50–80 мм – 60С2ХА, 60С2Н2А.

Подшипниковые стали. Она относится к специальным сталям, что показывает ее маркировка, но используется для ответственных деталей машин и конструкций и является низколегированной сталью перлитного класса.

Для производства шариков, роликов и колец подшипников применяют недорогие технологичные высокоуглеродистые (0,95–1,1 % С) – шарикоподшипниковые стали.

Работоспособность этих изделий зависит от скорости поверхностного усталостного выкрашивания. Основная защита – высокая твердость и износостойкость рабочей поверхности.

Эти свойства обеспечивает структура мелкоигольчатого мартенсита отпуска с равномерно распределенными избыточными карбидами после закалки в масле и низкого отпуска.

Марки сталей этой группы: ШХ9, ШХ15, а для деталей, прокаливающихся на большую глубину (свыше 30 мм), применяют сталь ШХ15СГ.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 10 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Краткие теоретические сведения

ЛАБ. Р. 10 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Порядоквыполненияработы

1.Рассмотреть под микроскопом все шлифы коллекции.

2.Определить микроструктуру образцов, представленных в табл. 10.1, сопоставить эту структуру с термической или термохимической обработкой, которым подвергался каждый образец.

3.Зарисовать структуры в кружке диаметром 50 мм. Подписать наименование структурных составляющих за пределами кружка и соединить их стрелками с соответствующими частями рисунка.

4.Определить виды сталей, представленных в коллекции, в зависимости от содержания в них углерода.

5.Сделать вывод о том, какой вид термической обработки для исследуемых сталей будет оптимальным.

6.Ответить на вопросы индивидуального задания.

Содержаниеотчета

Отчет о лабораторной работе должен включать:

1)зарисовки микроструктуры легированных конструкционных сталей;

2)ответы на вопросы индивидуального задания.

Заданияклабораторнойработе

1.В результате термической обработки пружины должны получить высокую упругость. Для изготовления их выбрана сталь 55ГС:

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначить режим термической обработки, привести подробное его обоснование, объяснить влияние входящих в данную сталь легирующих элементовна превращения, происходящиена всех этапах термическойобработки.

2.В результате термической обработки рычаги должны получить повышенную прочность по всему сечению (твердость НВ 2 300–2 800). Для изготовления их выбрана сталь 40ХН:

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначить режим термической обработки, привести подробное его обоснование, объяснить влияние входящих в данную сталь легирующих элементовна превращения, происходящиена всех этапах термическойобработки.

3.В результате термической обработки тяги должны получать повы-

шенную прочность по всему сечению (твердость НВ 2300–2800). Для изготовления их выбрана сталь 30ХГС:

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

ЛАБ. Р. 10 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Задания к лабораторной работе

б) назначить режим термической обработки, привести подробное его обоснование, объяснить влияние входящих в данную сталь легирующих элементовна превращения, происходящиена всех этапах термическойобработки.

4.Сталь 40ХНМА применяется для изготовления ответственных деталей больших сечений:

а) расшифровать состав стали; б) назначить режим термической обработки готовых деталей, обосно-

вать его. Объяснить роль молибдена в данной стали в связи с явлением отпускной хрупкости.

5.Для изготовления молотовых штампов выбрана сталь 4ХС:

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначить режим термической обработки, привести подробное его обоснование, объяснить влияние входящих в данную сталь легирующих элементовна превращения, происходящиена всех этапах термическойобработки.

6.В результате термической обработки рычаги должны получить повышенную прочность по всему сечению (твердость НВ 2 300–2 800). Для изготовления их выбрана сталь 30ХГСНА:

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначить режим термической обработки, привести подробное его обоснование, объяснить влияние входящих в данную сталь легирующих элементовна превращения, происходящиена всех этапах термическойобработки.

7.Для некоторых деталей (щеки барабанов, шары дробильных мельниц и т. д.) выбрана сталь 110Г13:

а) расшифровать состав и определите группу стали по назначению; б) назначить режим термической обработки изделий.

8.Назначить марку стали для изготовления пружин с пределом проч-

ности 1 200–1 300 МПа:

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначить режим термической обработки, привести подробное его обоснование, объяснить влияние входящих в данную сталь легирующих элементов на превращения, происходящиена всех этапах термическойобработки.

9.Для деталей, работающих в окислительной атмосфере при 800 °С, применяется сталь 12Х17:

а) расшифровать состав и определить группу стали по структуре;

б) объяснить назначение хрома в данной стали; в) обосновать выбор стали для данных условий работы.

10. Для изготовления деталей, работающих в активных коррозионных средах, выбрана сталь 12Х18Н9Т:

а) расшифровать состав и определить группу стали по назначению; б) объяснить назначение введения легирующих элементов в эту сталь;

ЛАБ. Р. 10 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Задания к лабораторной работе

в) назначить и обосновать режим термической обработки и описать структуру стали после обработки.

11.Назначить марку стали для изготовления пружин с пределом прочности 1600 МПа:

а) расшифровать состав стали; б) описать влияние легирующих элементов, входящих в сталь, на ре-

жим термической обработки и структурные превращения, происходящие при термической обработке.

12.Для изготовления деталей горячих штампов выбрана сталь 5ХНМ: а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится дан-

ная сталь по назначению; б) назначить режим термической обработки, привести подробное его

обоснование, объяснить влияние входящих в данную сталь легирующих элементовна превращения, происходящиена всех этапах термическойобработки.

13.В результате термической обработки рессоры должны получить высокий предел упругости. Для изготовления их выбрана сталь 60С2А:

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначить режим термической обработки, привести подробное его обоснование, объяснить влияние входящих в данную сталь легирующих элементовна превращения, происходящиена всех этапах термическойобработки.

14.В результате термической обработки рессоры должны обладать высоким пределом упругости. Для изготовления их выбрана сталь 60СГ:

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначить режим термической обработки, привести подробное его обоснование, объяснить влияние входящих в данную сталь легирующих элементов на превращения, происходящиена всех этапах термическойобработки.

15.В результате термической обработки оси должны получить повышенную прочность по всему сечению (твердость НВ 2 300–2 800). Для изготовления их выбрана сталь 40Х:

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначить режим термической обработки, привести подробное его обоснование, объяснить влияние входящих в данную сталь легирующих элементовна превращения, происходящиена всех этапах термическойобработки.

16.В результате термической обработки валы 60 мм должны получить повышенную прочность по всему сечению (твердость НВ 2 300–2 800). Для изготовления их выбрана сталь 40ХНМА:

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

ЛАБ. Р. 10 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Задания к лабораторной работе

б) назначить режим термической обработки, привести подробное его обоснование, объяснить влияние входящих в данную сталь легирующих элементовна превращения, происходящиена всех этапах термическойобработки.

17.Описать технологию термомеханической обработки (ВТМО) стали 35ХМА для буровых штанг.

18.В результате термической обработки рессоры должны получить высокую упругость. Для их изготовления выбрана сталь 70СЗА:

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначить режим термической обработки, привести подробное его обоснование, объяснить влияние входящих в данную сталь легирующих элементовна превращения, происходящиена всех этапах термическойобработки.

19.В результате термической обработки шестерни должны получить твердый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выбрана сталь 18ХГТ.

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначить режим термической и химико-термической обработки, привести его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах обработки данной стали. Описать структуру и свойства стали после термической обработки.

20.Для изготовления матриц штампов холодной штамповки выбрана сталь 4ХВ2С. Выполнить применительно к данной стали все условия, приведенные в задании 19, а также указать, какие свойства материала инструмента обеспечивают его нормальную работу.

21.Для изготовления фрез выбрана сталь Р18. Указать, какие свойства материала инструмента обеспечивают его нормальную работу.

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначить режим термической обработки, привести подробное его обоснование, объяснить влияние входящих в данную сталь легирующих элементовна превращения, происходящиена всех этапах термическойобработки.

22.Для изготовления фрез выбрана сталь Р10К5Ф5. Указать, какие свойства материала инструмента обеспечивают его нормальную работу.

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначить режим термической обработки, привести подробное его обоснование, объяснить влияние входящих в данную сталь легирующих элементовна превращения, происходящиена всех этапах термическойобработки.

23.В результате термической обработки шестерни должны получить твердый износоустойчивый поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выбрана сталь 12ХН3А.

ЛАБ. Р. 10 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Задания к лабораторной работе

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначить режим термической и химико-термической обработки, привести его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах обработки данной стали. Описать структуру и свойства стали после термической обработки.

24. Для изготовления пресс-форм выбрана сталь 3Х2В8.

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначить и обосновать режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали. Описать структуру и свойства стали после термической обработки.

25. В машиностроении используется сталь ШХ15.

а) расшифровать состав и определить, к какой группе относится данная сталь по назначению;

б) назначить режим термической обработки и привести его обоснование. Описать структуру и свойства стали после термической обработки.

Контрольныевопросыизадания

1.Какие стали называются легированными?

2.Как классифицируются легирующие элементы по их влиянию на α-

иγ-модификации?

3.Каково отношение легирующих элементов к углероду?

4.Как влияют легирующие элементы на свойства феррита?

5.Как влияют легирующие элементы на превращения при закалке и отпуске стали?

6.Привести классификацию легированных сталей.

7.Как влияют марганец, хром, молибден, никель на свойства конструкционных легированных сталей?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Цельработы

Изучить влияние легирующих элементов и различных видов термической обработки на структуру и свойства инструментальных сталей.

Приборы, материалыиинструмент

Оптический микроскоп МИМ-7; коллекция микрошлифов инструментальных сталей; плакаты, альбомы с изображением различной микроструктуры легированной стали.

Краткиетеоретическиесведения

Инструментальные стали – это большая группа сталей, которые в результате термической обработки обладают высокой твердостью, прочностью и износостойкостью необходимыми для обработки материалов резание и давлением. Многие инструментальные стали, кроме того, обладают теплостойкостью (красностойкостью), т. е. способностью сохранять эти свойства при нагреве, часто возникающим в рабочей кромке инструментов, например, при резании с повышенной скоростью, при деформировании в горячем состоянии и т. д.

Многочисленные инструментальные стали по химическому составу, могут быть разделены условно на две группы:

1)углеродистые и малолегированные, содержащие до 4–5 % легирующих элементов – это нетеплостойкие стали;

2)высоко- и сложнолегированные, содержащие более 5 % (и даже до 40–45 %) легирующих элементов, – это теплостойкие стали.

Классификацияинструментальныхсталейпосвойствам

Классификация по свойствам и прежде всего по теплостойкости является наиболее важной, так как она одновременно характеризует природу упрочнения, вызываемого термической обработкой, и определяет условия использования сталей для инстументов.

Инструментальные стали подразделяются на три группы: 1) нетеплостойкие; 2) полутеплостойкие; 3) теплостойкие.

Нетеплостойкие стали. Эти стали приобретают высокую твердость, износостойкость и прочность в результате мартенситного превращения при закалке. Однако эти свойства сохраняются лишь при невысоком нагреве. От-

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Краткие теоретические сведения

пуск выше 200–300 ºС вызывает почти полный распад мартенсита и значительную коагуляцию выделившихся карбидов; это снижает твердость, износостойкость и прочность (рис. 11.1). По химическому составу нетеплостойкие стали – углеродистые или малолегированные, по структурному признаку

– заэвтектоидные, эвтектоидные, доэвтектоидные.

Нетеплостойкие стали – высокой твердости и повышенной вязкости – как менее легированные различают по прокаливаемости.

Рис. 11.1. Твердость инструментальных сталей при нагреве

Это обусловлено тем, что изготовляемые из этих сталей инструменты имеют различные размеры: от 0,1 до 1 мм и менее – мелкие сверла, пилы и т. д. до 200–250 мм – штампы. Нетеплостойкие стали делят на подгруппы: а) стали небольшой прокаливаемости – углеродистые, низколегированные, прокаливающиеся в образцах диаметром 10–15 мм, б) стали повышенной прокаливаемости (с большим содержанием легирующих элементов), прокаливающиеся в образцах до 50–80 мм, в) стали высокой прокаливаемости, прокаливающиеся в образцах диаметром 80–110 мм.

Полутеплостойкие стали. Характерные стали – высокохромистые (3–18 % Cr), высокоуглеродистые (1–1,5 % C), главным образом ледебуритные. Часть из них имеет, кроме того, повышенное содержание ванадия. Подобно сталям предыдущей группы, они приобретают высокую твердость и прочность в результате мартенситного превращения при закалке. Однако при отпуске 250–400 °С в них выделяются карбиды хрома и легированный цементит, обладающий большой устойчивостью против коагуляции, вследствие чего эти стали сохраняют повышенную твердость до более высоких температур.

Теплостойкие стали. К этой группе относятся высоколегированные стали, приобретающие высокую твердость, прочность и износостойкость в результате двойного упрочнения: а) мартенситного при закалке и б) дисперсионного твердения при относительно высоком отпуске (500–625 °С, вызываемом выделением упрочняющих фаз. Такими фазами для большинства ста-

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Краткие теоретические сведения

лей являются сложные карбиды вольфрама, молибдена, а также карбиды ванадия, создающие карбидное упрочнение, а у некоторых сталей и сплавов – интерметаллиды, создающие интерметаллидное упрочнение. Карбиды названных элементов выделяются из мартенсита и коагулируют при 500–650 °С, а интерметаллиды – при 650–720 °С. Свойства, полученные термической обработкой, сохраняются при высоком нагреве.

Стали с карбидным упрочнением при повышенном содержании углерода (> 0,6 %) – ледебуритные, их называют быстрорежущими, они представляют одну из наиболее характерных и часто применяемых групп инструментальных сталей. При меньшем содержании углерода и легирующих элементов стали с карбидным упрощением – заэвтектоидные (их используют преимущественно как штамповые для горячего деформирования).

Таким образом, нетеплостойкие и теплостойкие стали незначительно различаются по твердости, прочности и износостойкости при нормальных температурах, но при нагреве эти важнейшие свойства изменяются.

Классификацияпоназначению

По назначению инструментальные стали делятся наследующие группы:

–для режущего инструмента (углеродистые, низколегированные и быстрорежущие стали);

–для штампового инструмента при холодной деформации;

–для штампового инструмента при горячей деформации;

–для измерительного инструмента.

Вданной лабораторной работе рассматриваются стали для режущего инструмента (рис. 11.2).

По теплостойкости стали материалы для режущего инструмента подразделяются: 1) на углеродистые и низколегированные (Т до 250 °С); 2) высоколегированные (быстрорежущие) (Т до 650 °С).

Их используют только после закалки и отпуска (вид отпуска определяется степенью легирования стали), когда стали имеют:

–высокую твердость в режущей кромке HRC 62–68;

–высокую износостойкость, для сохранения размеров и формы режущей кромки;

–прочность и вязкость для предупреждения поломки инструмента;

–теплостойкость при работе с повышенной скоростью. Углеродистые стали не обладают теплостойкостью. Их используют

для изготовления режущего инструмента, работающего без разогрева режущей кромки.

Для деревообрабатывающего инструмента: стамесок, ножей, пил, ножовок, сверл по дереву применяют стали марок У9, У9А.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Краткие теоретические сведения

n (Vрез)

Заготовка t

A

S

Токарный

резец

Теплостойкость

Твердость

Прочность

Рис. 11.2. Требования к инструменту

Для слесарного инструмента: напильников, шаберов, ручных метчиков используют стали марок У10, У10А, У11, У12, У12А.

Для гравировального инструмента используют стали марок У13,

У13А.

После отжига углеродистые стали имеют в структуре зернистый пер-

лит (НВ 185–215).

Невысокая твердость позволяет обрабатывать эти стали резанием и давлением, изготавливать инструмент накаткой и насечкой.

Из–за низкой прокаливаемости углеродистые стали применяются для инструмента с поперечным сечением до 25 мм с незакаленной сердцевиной (метчики, напильники) Несквозная закалка уменьшает деформацию инструмента и увеличивает устойчивость к ударам. Инструмент из заэвтектоидных подвергают неполной закалке и низкому отпуску для получения структуры мартенсит и цементит.

Режущие инструменты из низколегированных сталей изготавливаются больших размеров и сложной формы. По структуре они относятся к сталям перлитного класса.

Их подвергают неполной закалки и низкому отпуску. Структура – мартенсит и карбиды.

Как углеродистые инструментальные стали, низколегированные не обладают теплостойкостью, хорошо обрабатываются резанием и давлением.

Пилы, метчики, шаберы из сталей 9ХФ, 11ХВ, 13Х, В2Ф получают лучшую прокаливаемость и закаливаемость.

Теплостойкость сталей обеспечивается введением большого количества вольфрама (W) совместно с молибденом (Mo), хромом (Cr) и ванадием

(V). Введение этих легирующих элементов в сталь формирует класс высоколегированных быстрорежущих сталей, работающих при скорости резания 40–60 м/мин.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Краткие теоретические сведения

Увеличение количества легирующих элементов (11.3) снижает опасность растрескивания и коробления, а прокаливаемость составляет:

9Х1, 9ХС – 35 мм;

ХВГ – 45 мм; ХВСГФ – 100 мм.

Рис. 11.3. Увеличение прокаливаемости при возрастании степени легирования

Эти стали характеризуются малой деформацией при закалке, используют для изготовления длинных стержневых инструментов – сверла, развертки, протяжки.

Хром способствует образованию с W и Мо сложного карбида М6С, растворяющегося в аустените и задерживающего распад мартенсита.

Карбид VC выделяется из мартенсита при отпуске, усиливая дисперсное твердение стали.

Повышению теплостойкости способствует кобальт. Он не образует карбидов, но уменьшает размеры карбидных частиц других элементов.

В результате комплексного легирования инструмент из быстрорежущих сталей сохраняет высокую твердость до 560–640 °С.

Существует достаточно много марок быстрорежущих сталей. Они делятся на две группы:

1) группа сталей нормальной производительности включает: вольфрамовые стали Р18, Р12, Р9; вольфрамомолибденовые стали Р6М5, Р6М3.

Их твердость не ниже 58 HRC до Т = 620 °С.

Из них изготавливают сверла, зенкеры, развертки, метчики, протяжки, фрезы, фасонные резцы для обработки сплавов с твердостью НВ 210–280.

2) группа сталей повышенной производительности включает стали, содержащие кобальт и повышенное количество ванадия (Р6М5К5, Р9М4К8,

Р9К5, Р10К5Ф5).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Краткие теоретические сведения

Твердость до 64 HRC они сохраняют до Т = 640 °С. Отличаются высокой стоимостью. Предназначены для обработки высокопрочных сталей, коррозионностойких и жаропрочных сталей, труднообрабатываемых сплавов.

Особенности технологии изготовления инструмента и его термической обработки целесообразно рассмотреть на примере стали Р18 (рис. 11.4). В литом состоянии структура изделий из Р18 – ледебурит.

Рис. 11.4. Микроструктура быстрорежущей стали Р18 (состояние литое), х400

Ледебуритная (скелетная) эвтектика, увеличивающая хрупкость, устраняется горячей деформацией – ковкой. Кованные изделия из Р18 подвергаются изотермическому отжигу для снижения твердости до 200–250 НВ.

Структура отожженной стали – сорбитообразный (мелкозернистый) перлит, а также первичные и вторичные карбиды в количестве 22–25 %. Карбиды содержат 80–95 % (W + V) и 50 % Cr. Остальная часть легирующих элементов растворена в феррите.

Высокие эксплутационные свойства инструменты из быстрорежущих сталей приобретают после закалки и трехкратного отпуска (рис. 11.5). Мелкие инструменты охлаждают на воздухе, крупные в масле.

Степень легирования аустенита возрастает с повышением температуры закалки и растворения в нем карбидов легирующих элементов. При 1 300 °С аустенит предельно насыщается легирующими элементами, оставаясь мелкозернистым, первичные карбиды WC, VC тормозят рост его зерен. При охлаждении легированный аустенит превращается в теплостойкий мартенсит.

Но закалкой не достигается максимальная твердость сталей, из–за присутствия 30–40 % остаточного аустенита, т. к. температуры конца мартенситного превращения снижаются.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Краткие теоретические сведения

Рис. 11.5. Схема термообработки сталей Р6М5 и Р18

Рис. 11.6. Быстрорежущая сталь Р18 после закалки и трехкратного отпуска. х500

Остаточный аустенит превращают в мартенсит при отпуске(550–570 °С), выделяя дисперсные карбиды М6 С, в составе которых хром и вольфрам.

Мартенсит при отпуске также выделяет карбиды, повышающие твердость стали.

Для снижения количества аустенита до 3–5 % применяют 3-кратный отпуск (рис. 11.6).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Краткие теоретические сведения

Таблица 11.1

Химический состав сталей для определения вида термической обработки

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Порядоквыполненияработыисодержаниеотчета

1.Рассмотреть под микроскопом все шлифы коллекции.

2.Определить микроструктуру образцов всей коллекции сведения об этих образцах приведены в табл. 11.1. Сопоставить их структуру с видами термической обработки, которым подвергался каждый образец коллекции.

3.Зарисовать структуры в кружке диаметром 50 мм. Подписать наименование структурных составляющих за пределами кружка и соединить их стрелками с соответствующими частями рисунка.

4.Определить виды сталей, представленных в коллекции в зависимости от содержания в них углерода.

5.Сделать выводы о влиянии степени легирования на структуру и свойства режущих сталей.

6.Ответить на вопросы в соответствии с индивидуальным заданием.

Заданияклабораторнойработе

1.Указать температуру, при которой производится процесс цианирования. Объяснить, при какой температуре сталь насыщается азотом и при какой – углеродом и почему.

2.Изложить сущность процесса цементации в твердом карбюризаторе. Каковы его недостатки? Какая термическая обработка применяется после цементации?

3.Описать режим и назначение низкотемпературного цианирования. Какие стали подвергаются такой обработке?

4.Какие стали применяются для цементации, азотирования, цианирования? Объяснить причины выбора стали для каждого из перечисленных видов химико-термической обработки.

5.Описать процесс диффузии, происходящий при химико-термической обработке и влияние основных факторов на этот процесс.

6.Какова сущность процесса низкотемпературного цианирования и какая термическая обработка применяется при этом?

7.Какой термической обработке подвергаются изделия из легированной сталипослецементации? Датьобоснованиекаждогоизприведенныхрежимов.

8.Описать теорию, технологию и назначение процесса азотирования.

9.Изложить сущность процесса азотирования, производимого для улучшения антикоррозийных свойств стали.

10.Для каких целей применяются цементация, цианирование и азотирование? Описать достоинства и недостатки этих видов химико-термической обработки.

11.Кратко изложить сущность процессов, происходящих при диффузионной металлизации, и привести пример одного из видов такой обработки.

12.При какой температуре производится процесс азотирования? Дать обоснование выбранного режима. Каковы свойства азотированного слоя?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11 ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Задания к лабораторной работе

13.Описать процессы термической обработки, применяемой после цементации. Каковы структура и свойства цементированных изделий?

14.Как влияет температура цементации и время при обработке на глубину цементированного слоя и содержание углерода в нем?

15.Какие стали применяются для азотирования с целью повышения износоустойчивости? Как выполняется вид азотирования?

16.В чем заключаются преимущества и недостатки жидкостного цианирования по сравнению с цементацией?

17.Какие стали применяются для азотирования с целью повышения коррозионной устойчивости? Описать режим такого процесса.

18.При какой температуре производится процесс цементации? Дать обоснование выбранного режима и объяснить, как влияет температура цементации на глубину слоя и свойства изделий.

19.Объяснить физическую сущность процессов химико-термической обработки.

20.В чем состоит отличие процесса цементации в твердом карбюризаторе от процесса газовой цементации? Как можно исправить крупнозернистую структуру перегрева у цементированных изделий?

21.Описать теорию, технологию и назначение процесса цианирова-

ния.

22.Изложить сущность процесса нитроцементации стали (технология, свойства, область применения).

23.Изложить сущность процесса азотирования, производимого для повышения износоустойчивости изделий.

24.Описать назначение и виды цементации, механизм образования цементированного слоя и его свойства.

25.Описать назначение, виды, режим и область применения процесса борирования стали.

Контрольныевопросыизадания

1.Что называется легированными сталями?

2.Как классифицируются легирующие элементы по их влиянию на существование α- и γ-модификаций?

3.Каково отношение легирующих элементов к углероду?

4.Как влияют легирующие элементы на свойства феррита?

5.Каково влияние легирующих элементов на превращения при закалке и отпуске стали?

6.Приведите классификацию легированных сталей.

7.Как влияют марганец, хром, молибден, никель на свойства конструкционных легированных сталей?