- •«Московский государственный университет путей сообщенияя»
- •Материаловедение.
- •Рабочая программа
- •1. Цель и задачи дисциплины
- •2. Содержание дисциплины
- •2.1. Введение
- •2.2. Материаловедение
- •2.3. Технология конструкционных материалов
- •Виды работ с распределением времени
- •Перечень тем лекционных занятий
- •5. Перечень лабораторных занятий
- •9. Задание на контрольную работу
- •Контрольная работа
- •Методические указания к выполнению контрольной работы № 1
- •Методические рекомендации для студентов по организации изучения дисциплины «Материаловедение. Технология конструкционных материалов». Методические рекомендации по организации самостоятельной работы
- •Исследование микроструктуры отожженной
- •Серый, ковкий и модифицированный (высокопрочный) чугуны
- •Порядок выполнения работы
- •Определение марки стали. Изучение влияния содержания углерода и пластической деформации (наклепа) на прочность и пластичность задачи работы
- •Содержание работы
- •Порядок выполнения работы
- •Твердость металлов и факторы, ее определяющие задачи работы
- •Содержание работы
- •Определение твердости по Бринеллю
- •Стандартные условия для выбора диаметра вдавливаемого шарика, нагрузки и продолжительности выдержки
- •Условия испытаний по Роквеллу
- •Определение твердости по Виккерсу
- •Определение твердости по методу Шора
- •Определение твердости по переносному твердомеру
- •Порядок выполнения работы
- •Термическая обработка и ее влияние на структуру и механические свойства стали задачи работы
- •Содержание работы
- •Нормы нагрева образцов разной формы
- •Скорость охлаждения стали в различных закалочных средах
- •Порядок выполнения работы
- •Электродуговая сварка металлов задачи работы
- •Содержание работы
- •Рабочее место сварщика
- •Выбор сварочного электрода
- •Порядок подготовки к сварке
- •Начальный этап сварочных работ
- •Порядок выполнения работы
- •Расчет элементов режимов резания при точении задачи работы
- •Содержание работы
- •Расчет глубины резания
- •Расчет скорости резания
- •Подачи при черновом наружном точении резцами с пластинками из твердого сплава и из быстрорежущей стали
- •Расчет основного технологического времени
- •Выбор токарного станка для обработки детали
- •Задачи работы
- •Содержание работы
- •Расчет усилий резания
- •Поправочный коэффициент кмр на обрабатываемый материал
- •Расчет мощности станка
- •Токарно-винторезные станки
- •Горизонтальные и вертикальные фрезерные станки
- •1.2. Средства обучения
- •1.3. Методика выполнения контрольных работ
- •1.4. Методика проведения аттестации по дисциплине
- •Материалы текущего и итогового контроля знаний студентов. Вопросы для промежуточного контроля по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов».
Скорость охлаждения стали в различных закалочных средах
В результате закалки сталь получает мартенситную структуру, весьма твердую (свыше 6000 НВ) и хрупкую. Мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α-Fe. Превращение аустенита в мартенсит является бездиффузионным процессом: при быстром охлаждении (со скоростью более 150 0С/с) кристаллическая гранецентрированная решетка аустенита превращается в решетку α-Fe. Диффузия атомов углерода при этом не успевает произойти, и они сохраняют прежние положения. В результате этого создается напряженное состояние кристаллической решетки, что приводит к высокой твердости и хрупкости закаленной стали.
Для уменьшения хрупкости после закалки всегда проводят отпуск, в результате которого уменьшаются внутренние напряжения и сталь приобретает необходимые физико-механические свойства.
Отпуск закаленной стали осуществляют путем нагрева до температуры ниже критических точек Ас1, выдержки при этой температуре и последующего медленного или быстрого охлаждения. Быстрое охлаждение в воде рекомендуется при отпуске легированных сталей во избежание отпускной хрупкости. Углеродистые стали охлаждают на воздухе.
Условно различают низкий, средний и высокий отпуск. Низкий отпуск производится при нагреве до 200 __ 3000 С. Получаемая при этом структура – отпущенный мартенсит, твердость свыше 5000 НВ. Низкому отпуску подвергаются режущие инструменты, калибры и т.п.
Средний отпуск осуществляется при нагреве от 300 до 5000 С. В результате среднего отпуска сталь приобретает структуру троостита отпуска, для которого свойственна твердость около 4 000 НВ. Отпуск на троостит применяется при обработке пружин, рессор, штампов, ударного инструмента и т.п. При промежуточном нагреве получаются структуры троосто-мартенсита или троосто-сорбита.
Высокий отпуск производится при нагреве 550-6500 С. Получаемая при этом структура – сорбит отпуска, твердость около 3 000 НВ. Высокому отпуску подвергаются коленчатые валы, полуоси, шатуны, шатунные болты и многие другие детали машин.
Таким образом, по мере повышения температуры отпуска снижаются характеристики прочности, повышаются характеристики пластичности и ударная вязкость. Для различных марок стали величины этих характеристик будут разные, но общая тенденция их изменения остается одинаковой. Наилучшее сочетание свойств прочности и пластичности имеет сталь после закалки и высокого отпуска (структура сорбита).
Порядок выполнения работы
Работа выполняется группой в 10-12 человек. Каждые два студента производят нормализацию, закалку, низкий и высокий отпуск образца стали.
Определить температуру закалки стали, пользуясь для этого нижней частью диаграммы железо-цементит. Для среднеуглеродистых, доэвтектоидных сталей (марок 40, 45, 50) нормальной температурой закалки является температура на 30-500 С выше линии GS, т.е. Ас3 + (30-50) 0С.
Определить время нагрева и выдержки образцов, пользуясь данными, приведенными в табл. 5.2.
Определить скорость охлаждения в различных средах. Для этого взять наиболее распространенные закалочные среды, охлаждающие с различной скоростью: воду (скорость охлаждения 600 0С/с) и масло (скорость охлаждения 150 0С/с).
Образцы поместить в печь, нагретую до температуры закалки для стали данной марки, и выдержать в печи требуемое время. При нагревании до температуры закалки образцов из стали 40, исходная феррито-перлитная структура превратится в структуру аустенита.
Произвести закалку образца в воде. Для этого необходимо: а) быстро перенести щипцами образец в закалочную ванну с водой во избежание охлаждения образца ниже температуры Ас3 и получения неполной закалки; б) энергично перемещать образец в ванне с целью устранения образующейся паровой рубашки, которая замедляет процесс охлаждения.
Образцы, охлажденные в масле, обтереть тряпкой, оба торца зачистить на шлифовальной бумаге. Определить твердость закаленных образцов по НRС.
Определить температуру отпуска стали. Поскольку при отпуске происходит изменение структуры и свойств стали и тем в большей степени, чем выше температура отпуска, следует применить различную температуру отпуска от низкой (2000 С) до высокой (6000 С).
Определить время выдержки при температуре отпуска из расчета 2-3 мин на 1 мм толщины образца и записать в соответствующую графу протокола.
Определить условия охлаждения. Обычно охлаждение после отпуска производится на воздухе, но можно охлаждать и в воде, и в масле, так как скорость охлаждения не влияет на твердость и структуру стали. Для ускорения работы образцы после отпуска следует охлаждать в воде.
Измерить твердость образцов после каждого вида отпуска, записывая результаты измерений в рабочий журнал и устанавливая по ним примерное значение предела прочности по зависимости
σв НВ.
12.В отчете привести график и все необходимые данные режима термической обработки, дать наименование полученной микроструктуры и объяснить влияние термообработки на механические свойства стали.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5