- •Содержание
- •Лабораторная работа №1 Макроскопический метод исследования металлов и сплавов
- •Реактивы для травления
- •Макроанализ по виду излома.
- •Макроанализ при помощи макрошлифов.
- •Строение слитка.
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа №2 Измерение твердости металлов
- •Краткие сведения из теории
- •Определение твердости по Бринеллю
- •Соотношение диаметров шарика и нагрузки при испытании металлов по методу Бринелля
- •Твердость по Бринеллю
- •Практика определения твердости по Бринеллю
- •Определение твердости по Роквеллу
- •Пределы измерения твердости
- •Практика определения твердости по Роквеллу
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы.
- •Различными методами
- •Лабораторная работа №3 Механические испытания металлов
- •Основные понятия.
- •Испытание на растяжение
- •Стандартные размеры образцов
- •Определение характеристик прочности
- •Определение характеристик пластичности
- •2. Определение ударной вязкости
- •2. Определение предела выносливости
- •Порядок выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №5 Диаграммы состояния железо - углеродистых сплавов
- •Компоненты и фазы в системе железо – углерод
- •Диаграммы состояния железо-углеродистых сплавов
- •Кристаллизация сплавов Fe-Fe3c
- •Порядок выполнения работы
- •Пояснения к выполнению работы
- •Варианты индивидуальных заданий
- •Лабораторная работа №6 Изучение структуры и свойств углеродистых сталей в равновесном состоянии
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7 Изучение структуры и свойств чугунов
- •Белые чугуны
- •Серые чугуны
- •Ковкие чугуны
- •Высокопрочные чугуны
- •Механические свойства чугунов
- •Легированные чугуны
- •Марки и свойства легированных чугунов (гост 7769-82)
- •Марки антифрикционных чугунов, их свойства и назначение (гост 1585-85)
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №8 Термическая обработка углеродистых сталей
- •Основные понятия
- •Влияние скорости охлаждения на структуру и свойства стали
- •Перлитное превращение
- •Промежуточное (бейнитное) превращение
- •Мартенситное превращение аустенита
- •Виды термической обработки
- •Отжиг стали
- •Нормализация стали
- •Закалка стали
- •Отпуск стали
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №9 Инструментальные стали
- •Основные понятия
- •Углеродистые инструментальные стали
- •Легированные инструментальные стали
- •Быстрорежущие стали
- •Штамповые стали
- •Стали для штампов холодного деформирования
- •Стали для штампов горячего деформирования
- •Твердые сплавы
- •Состав и твердость твердых сплавов
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №10 Медные и антифрикционные сплавы
- •Основные свойства меди
- •Общая характеристика и классификация медных сплавов
- •Химический состав и механические свойства деформируемых латуней после отжига (гост 15527-70)
- •Механические свойства и область применения литейных латуней (гост 17711-93)
- •Химический состав и механические свойства оловянных бронз
- •Химический состав и назначение алюминиевых бронз
- •Антифрикционные сплавы.
- •Химический состав и назначение баббитов
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
Виды термической обработки
Термической обработкойназывается такая технологическая операция, при которой путем нагрева сплава до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующего охлаждения происходят структурные изменения, вызывающие изменения свойств металлов.
Термическая обработка проводится обычно в тех случаях, когда наблюдаются:
полиморфные превращения;
ограниченная и переменная (увеличивающаяся с температурой) растворимость одного компонента в другом в твердом состоянии;
изменение строения металла под влиянием холодной деформации.
Основными параметрами режимов термической обработки являются: температура и скорость нагрева, продолжительность выдержки при заданной температуре, скорость охлаждения.
Температура нагрева стали зависит от положения критических точек, вида термической обработки и назначается на основании анализа диаграммы состояния сплава.
Скорость нагрева зависит от химического состава сплава, размера и формы обрабатываемых деталей, массы садки, характера расположения деталей в печи, типа нагревательного устройства и т.д.
Выдержка при заданной температуре необходима для завершения фазовых превращений, происходящих в металле, выравнивания концентрации по всему объему детали. Время нагрева (41) складывается из времени собственного нагрева н (2) и времени выдержкив:
общ = н + в(41)
где впринимается равным 1 мин на 1 мм толщины для углеродистых сталей и 2 мин для легированных.
н = 0,1D·K1·K2·K3 (42)
где D – размер наибольшего сечения (размерная характеристика);
K1 – коэффициент среды (для газа – 2, соли – 1, металла – 0,5);
K2 – коэффициент формы (для шара – 1, цилиндра – 2, пластины – 4, параллелепипеда – 2,5);
K3 – коэффициент равномерного нагрева (всесторонний – 1, односторонний – 4).
Скорость охлаждения зависит, главным образом, от степени устойчивости аустенита, т.е. от химического состава стали, а также от структуры, которую необходимо получить.
В зависимости от скорости охлаждения углеродистой стали получают следующие структуры: феррит с перлитом, перлит, сорбит, тростит, мартенсит.
Согласно диаграмме состояния Fe-Fe3C, температурные точки, образующие линиюPSK, обозначаютсяА1; линиюGS–A3; линиюES–Аст.если рассматривается процесс нагрева, то перед цифровым индексом ставят буквуС(АС1,АС3), а если в случае охлажденияr (Аrз,Ar1).
Углеродистые стали подвергаются следующим видам термической обработки: отжигу, нормализации, закалке и отпуску.
Отжиг стали
Цель отжига:
исправление структуры после горячей обработки (ковки, литья);
снижение твердости для облегчения обработки резанием;
снятие внутренних напряжений;
подготовка структуры к последующей термической обработке и холодной штамповке;
уменьшение химической неоднородности.
При полном отжиге сталь нагревается выше линии АС3на 30–50С, выдерживается нужное время при этой температуре и затем медленно охлаждается, как правило, вместе с печью (рис. 41).
При нагреве выше точки АС3происходит перекристаллизация, в результате чего зерна измельчаются, внутренние напряжения устраняются, сталь становится мягкой и вязкой. Полному отжигу подвергают преимущественно доэвтектоидные стали.
В случае нагрева этих сталей ниже АС3часть зерен феррита остается в том же виде, в каком он был до отжига (большие размеры, пластинчатая форма), что приводит к понижению вязкости стали.
При неполном отжиге сталь нагревается выше линии АС1 на 30–50С и после выдержки медленно охлаждается вместе с печью. При неполном отжиге происходит лишь частичная перекристаллизация (перлит-аустенит). Этот вид применяется для заэвтектоидных сталей.
Нагрев этих сталей выше линии Aсm (аустенитное состояние) нецелесообразен, так как растворенный в аустените цементит при последующем охлаждении будет выделяться по границам зерен перлита в виде сетки, что резко снижает пластичность и делает сталь хрупкой.
Диффузионный отжиг (гомогенизация) применяется для выравнивания химической неоднородности по объекту кристалла в крупных отливках. Он проводится при температуре 1050–1150С и при более длительных выдержках (10–18 ч).
Рекристаллизационный отжиг применяется при снятии наклепа и внутренних напряжений в стали после холодной обработки давлением (прокатка, штамповка, вытяжка и др.). Для углеродистых сталей этот вид отжига проводится при температуре 650–690С. В результате чего твердость понижается, а пластичность растет.
Рис. 41. Оптимальные температуры нагрева при различных видах отжига