Основні відомості про термічну обробку вуглецевих сталей
Термічна обробка — це сукупність операцій нагрівання, витримки та охолодження виробів із метою зміни структури та властивостей сталі в потрібному напрямі. Термічна обробка сталі ґрунтується на поліморфному перетворенні заліза.
Відпалювання — це нагрівання та повільне охолодження металу для переведення із нестійкого в стійкий стан. Мета відпалювання — поліпшити структуру і властивості сталі, зняти наклеп та внутрішні напруження, підготувати структуру до подальшої термічної обробки, що забезпечується внаслідок розпаду аустеніту. Відпалювання буває першого та другого роду.
Відпалювання першого роду не пов'язане з поліморфним перетворенням і виконується для зняття внутрішніх напружень і наклепу у виробах, зменшення хімічної неоднорідності сталі в перерізі зерна. Його виконують за температури, яка нижча або вища від фазових перетворень (критичних точок). Розрізняють відпалювання для зняття кінцевих напружень, рекристалізаційне та дифузійне (гомогенізація). Температурний режим відпалювання визначають за діаграмою «залізо-вуглець» (рис. 6.1).
Відпалювання другого роду засноване на поліморфному перетворенні заліза і складається з нагрівання до температури, вищої за критичні точки Ас3 або Ас1, з наступним повільним охолодженням (разом з піччю) та призначений для одержання рівноважного структурного стану сталі. Залежно від температури нагрівання відпалювання буває повним і неповним. За повного відпалювання доевтектоїдну сталь нагрівають на 30–50°С вище критичної точки Ас3 до повного перетворення феритно-перлітної структури в аустеніт. У процесі наступного повільного охолодження аустеніт перетворюється на феритоцементитну суміш (перліт) і надлишкові фази — ферит у доевтектоїдній і вторинний цементит у заевтектоїдній сталях.
Неповне відпалювання заевтектоїдних сталей виконується за температури, на 10–30 °С вищої від критичної точки Ас1, з перекристалізацією перліту в аустеніт, а за наступного повільного охолодження утворюється замість пластинчастого зернистий перліт. Таке відпалювання називається сфероїдизацією і використовується для поліпшення структури сталі звичайно перед гартуванням інструменту. Процес нормалізації полягає у нагріванні доевтектоїдної сталі до температури, що перевищує Ас3, а заевтектоїдної Аст на 30...50°С, нетривалому витримуванні для нагрівання виробу по всьому перерізу та наступному охолодженні на повітрі. Завдяки цьому усувається грубозерниста структура, що утворилась при обробці тиском, цементації та ливарному виробництві. Для низьковуглецевих сталей нормалізацію виконують замість відпалювання тому, що вона менш трудомістка й поліпшує обробку різанням за рахунок підвищення твердості сталі. Для відливків із середньовуглецевої сталі нормалізація заміняє гартування з високим відпуском. При цьому зменшуються механічні властивості та не виникають жолоблення виробів і тріщини після загартування. Цементовані вироби піддають нормалізації перед загартуванням для подрібнення зерен.
Рисунок 6.1 - Температурний режим відпалювання сталі
Загартування полягає в нагріванні сталі вище фазових перетворень, витримуванні за цих температур та наступному швидкому охолодженні. В основі загартування сталі лежать поліморфні перетворення заліза, пов'язані з різкою зміною розчинності в ньому вуглецю. Так, переходячи через критичну точку Ас1 (727°С), розчинність вуглецю збільшується у 40 разів (із 0,02 до 0,8%) при нагріванні й у стільки ж разів зменшується при охолодженні. Тому одержані сталі за швидкого охолодження мають метастабільну структуру і є перенасиченими вуглецем.
Температура нагрівання під загартування (рис. 6.2) залежить від кількості вуглецю в сталі й вибирається на 30–50 °С вище за критичну точку Ас3 для доевтектоїдних сталей (повне загартування) і на 30–50 °С вищою за критичну точку Ас1 для заевтектоїдних сталей (неповне загартування). Мета загартування - максимальне підвищення твердості виробу. Неповне загартування доевтектоїдної сталі звичайно не використовується, тому що при нагріванні під загартування до температури, нижчої від точки Ас3, в сталі за вихідною перлітоферитною структурою перетворюються на аустеніт лише зерна перліту, а ферит залишається без зміни. За наступного загартування утворюється мартенситно-феритна структура, внаслідок чого твердість значно знижується. За неповного загартування в заевтектоїдній сталі поряд із загартованими структурами буде присутній вторинний цементит, який не тільки не знижує твердість загартованої сталі, а навіть підвищує її. Тому немає сенсу нагрівати заевтектоїдну сталь перед загартуванням до температури, вищої від критичної точки Аст.
Рисунок 6.2 - Температура нагрівання сталі під загартування
Структури сталі після загартування — мартенсит, троостит, сорбіт — це різні стадії перетворення аустеніту. Вони залежать від швидкості охолодження та температури його розпаду. Чим більша швидкість охолодження й нижча температура розпаду аустеніту, тим дрібніша утворюється феритоцементитна структура (рис. 6.3). За малої швидкості охолодження утворюється перліт, за підвищеної — сорбіт, а потім троостит. Зі збільшенням дисперсності структури підвищується і твердість сталі.
За великої швидкості охолодження (крива V4) частина аустеніту переохолоджується до точки МН початку мартенситного перетворення й утворюється мартенсит. У структурі в цьому випадку присутні тростит і мартенсит. За занадто великої швидкості охолодження (крива V5) дифузійний розпад аустеніту є неможливим, і він перетворюється на мартенсит. Проте перетворення аустеніту на мартенсит не йде до кінця, тому в загартованій сталі зі вмістом вуглецю більше ніж 0,4% поряд із мартенситом присутній залишковий аустеніт. Мінімальна швидкість охолодження (крива Vк), за якої весь аустеніт переохолоджується до точки МН, називають критичною швидкістю загартування. Для різних сталей вона залежить від стійкості переохолодженого аустеніту. Вуглецеві сталі мають низьку стійкість аустеніту і відповідно високу критичну швидкість загартування (800...200°С/с). Значно знижують критичну швидкість загартування легуючі елементи: хром, марганець, нікель, бор, а підвищує кобальт.
Відпускання — кінцева стадія термічної обробки — являє собою процес нагрівання загартованої сталі до температури, нижчої від критичної точки Ас1, для зняття внутрішніх напружень та усунення крихкості.
Рисунок 6.3 - Діаграма ізотермічного розпаду аустеніту в сталі У8
Полтавський національний технічний університет... імені Юрія Кондратюка...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Устаткування, інструменти, матеріали
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
ПРАКТИКУМ
із дисципліни «Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство»
для студентів механічних спеціальностей
7.09.02.02 «Технологія машинобудування»,
7.09.02.14 «Пiд
Основні відомості про макробудову
Металографія — це вчення про макро- і мікроструктуру. Основним завданням металографічного аналізу є дослідження структури та вад металу.
Метод дослідження структури ме
Злам чавунних зразків
1. Сірий чавун. Більша частина вуглецю в сірому чавуні знаходиться у вигляді включень у графіт (пластинчатий графіт), тому такий чавун у розломі має темно-сірий колір. Дефектів у зломі нема.
V. Злом стальних зразків
Стальні зразки 10×10 мм після випробування на ударну в’язкість (KCU).
1. Крихкий металічний злом, світлий, майже блискучий, видно величину зерна.
2. Вязко-крихкий розлом. Св
Запитання для самоперевірки
1. У чому сутність макроаналізу і його призначення?
2. Які види аналізу використовуються в техніці?
3. Що визначається в процесі аналізу зломів?
4. Види зломів та їх особ
Основні відомості про мікробудову
Мікроаналіз — це дослідження структури і вад металів на мікрошліфах за допомогою мікроскопа за великих збільшень. Методом мікроаналізу визначається якість металу (забрудненість
Порядок виконання робота
1. Вивчити технологію виготовлення мікрошліфів.
2. Виконати шліфування й полірування зразків.
3. Вибрати потрібний реактив і протравити шліф.
4. Визначити якість мікрошлі
Запитання для самоперевірки
1. Які завдання розв'язують за допомогою мікроаналізу?
2. Яка послідовність виконання мікроаналізу?
3. Опишіть порядок шліфування та полірування зразків.
4. Чому не дозво
Основні відомості про структуру сталей у зрівноваженому стані
Структура у зрівноваженому (відпаленому) стані визначається вмістом вуглецю і показана на діаграмі стану «залізо-вуглець» (рис. 3.1), на якій суцільними лініями зображено діаграму «залізо-цементит»
Порядок виконання роботи
1. Вивчити під мікроскопом при збільшенні в 110–140 разів мікроструктуру заліза та вуглецевих сталей із різною кількістю вуглецю (від 0 до 1,3%).
2. Замалювати структури, що вивчаються, в
Запитання для самоперевірки
1. Назвіть одно- і двофазні структурні складові в залізовуглецевих сплавах.
2. Схарактеризуйте ферит, аустеніт, цементит, графіт, перліт та ледебурит.
3. Подайте класифікацію залі
Основні відомості про структуру чавунів
Чавуни — це залізовуглецеві сплави із вмістом вуглецю більше 2,14%. Вуглець у чавунах залежно від хімічного складу, швидкості охолодження у процесі кристалізації є в складі цем
Запитання для самоперевірки
1. Дайте визначення чавуну.
2. Назвіть види чавунів.
3. Білі чавуни, їх різновиди, структура та властивості.
4. Назвіть умови одержання білого чавуну.
5. Схаракт
Основні положення щодо визначення критичних точок сталі
Знання про критичні точки сталі потрібні для розуміння перетворень, що виникають у сталі під час нагрівання й охолодження; для визначення температур термічної обробки в сталі та гарячій обробці тис
Сутність методу пробних гартувань
Складається із загартування зразків досліджуваної сталі в широкому діапазоні температур, починаючи нижче від критичної точки Ас1, (наприклад, з 680°С) і вище від критичних точок (наприкл
Порядок виконання роботи
1. Одержати комплект зразків вуглецевих сталей, які потім загартувати у воді за різних температур (за таблицею 5.1). Час нагрівання під загартування визначити за вказівками лабораторної роботи № 6.
Порядок виконання роботи
1. Бригада студентів одержує комплект зразків заданої марки сталі для визначення режиму термічної обробки. Температура нагрівання під гартування доевтектоїдної сталі tг. = Ас3
Запитання для самоперевірки
1. Сутність та призначення термообробки.
2. Види термічної обробки сталі.
3. Відпалювання, його призначення, види та режими.
4. Нормалізація сталі, її призначення та режи
Порядок виконання роботи
1. Вивчити за плакатами й літературою мікроструктуру сталей із різним умістом вуглецю після повного та неповного відпалювання, після відпалювання з перегріванням, сфероїдоутворюючого відпалювання,
Запитання для самоперевірки
1. Опишіть умови для одержання зрівноваженої структури сталі.
2. Схарактеризуйте режими відпалювання вуглецевих сталей.
3. Які структури утворюються у відпаленій сталі?
4
Основні відомості про прогартовуваність сталі
Прогартовуваність — здатність сталі одержувати в результаті гартування структуру мартенситу (або мартенситу і троститу) й відповідну їй високу твердість на потрібну глибину за
Порядок виконання роботи
1. Визначити прогартовування циліндричного зразка заданої марки сталі об'ємним способом. Для цього:
а) навести на торцевій поверхні підготовленого зразка лінію діаметра тонко загостреним о
Запитання для самоперевірки
1. У чому сутність прогартовування сталі?
2. Яке практичне значення прогартовуваності сталі в техніці?
3. Від чого залежить прогартовуваність сталі?
4. Наведіть приклади
Основні відомості про відпускання сталі
Загартування сталі — це не кінцева операція термічної обробки. Після гартування у виробах виникають великі внутрішні напруження, зумовлені нерівномірністю охолодження за терміч
Порядок виконання роботи
1. Одержати комплект свіжозагартованих зразків із вуглецевої або легованої сталі заданої марки.
2. Виконати відпускання зразків 1-5 протягом 30 хв за температури відповідно 100, 200, 400,
Запитання для самоперевірки
1. Чим характеризується стан свіжозагартованої сталі?
2. Сутність та призначення відпускання сталі.
3. Схарактеризуйте види і режими відпускання.
4. Особливості та призна
Основні відомості про гартування сталі
Загартування — здатність сталі одержувати потрібну твердість після термообробки. Основним елементом більшості вуглецевих та низьколегованих сталей, що визначають її структуру і
Порядок виконання роботи
1. Одержати комплект зразків вуглецевих сталей із різним умістом вуглецю. Визначити температуру нагрівання сталей під гартування і час витримки за заданої температури.
2. Нагріти зразки пі
Основні відомості про цементацію сталі
Хіміко-термічна обробка (ХТО) — один із найефективніших методів підвищення надійності та довговічності машин і механізмів, істотно збільшує твердість поверхневого шару д
Порядок виконання роботи
Для визначення якості цементації запропонованих деталей потрібно:
1) макро- і мікроаналізом установити ступінь насичення поверхні деталі вуглецем та глибину цементованого шару;
2)
Запитання для самоперевірки
1. Сутність ХТО і її види.
2. З якою метою виконується ХТО?
3. Схарактеризуйте елементарні процеси ХТО.
4. У чому сутність цементації, для чого вона виконується?
Основні відомості з термообробки алюмінієвих сплавів
Деформовані алюмінієві сплави поділяють на дві групи: термічно незміцнені та зміцнені.
До першої групи відносять чистий алюміній, а також сплави системи Al-Mn і Al-Mg.
Порядок виконання роботи
1. Виміряти твердість на комплектах зразків із різних термічно зміцнених алюмінієвих сплавів, підданих повному циклу зміцнювальної термообробки (загартуванню та старінню) і загартованих із різних т
Запитання для самоперевірки
1. Класифікація алюмінієвих сплавів за способом їх зміцнення.
2. На якому явищі засноване гартування алюмінієвих сплавів?
3. Як змінюються структура і властивості сплавів за гарту
Порядок виконання роботи
1. Вивчити за діаграмою стану можливий фазовий склад алюмінієвих і мідних сплавів.
2. Розглянути класифікацію, хімічний склад, структуру, властивості, маркування й використання сплавів на
Запитання для самоперевірки
1. Наведіть класифікацію алюмінієвих сплавів.
2. Як розрізняють за кількістю фаз термічно зміцнені алюмінієві сплави?
3. Як визначається присутність перепалу в сплавах?
4
Основні відомості про види корозії
Корозією називається руйнування металів і сплавів у результаті хімічної та електрохімічної дії навколишнього середовища.
Хімічна корозія відбуваєт
Порядок виконання роботи
Студенти діляться на ланки, кожна з яких одержує прилад, корозійне середовище і зразок.
Отримавши завдання, студенті повинні:
1) підготувати зразки для дослідження: зачистити їх п
Запитання для самоперевірки
1. Сутність корозії металів.
2. Чим відрізняється електрохімічна корозія від хімічної?
3. Схарактеризуйте механізм електрохімічної корозії.
4. Види корозії за характером
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов