Лабораторная работа № 1 Исаев. Лабораторная работа 1 по дисциплине Материаловедение. Технология конструкционных материалов Исаев Ф. Группа авсб 21z01
 Скачать 63 Kb.
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (СИБАДИ)»Заочный факультет Кафедра: Конструкционные материалы и специальные технологии. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» Выполнил: Исаев Ф. Группа АВСб -21z01 Шифр: АВСб -21 -07 Проверил: Корытов М.С. Омск 2022 Лабораторная работа № 1 ИЗУЧЕНИЕ УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ СТАЛЕЙ ЗАКАЛКОЙ И ПОСЛЕДУЮЩИМ ОТПУСКОМ Цель лабораторной работы: изучить процессы закалки и отпуска стали; влияние закалки и отпуска на структуру и свойства углеродистых сталей; исследовать влияние массовой доли углерода на твердость стали после упрочняющей термической обработки. Конспект теоретической части работы (ответы на контрольные вопросы): Вопрос № 1 Цель и сущность закалки: Закалка – широко распространенная технология термообработки стальных изделий. Суть ее состоит в разогреве металла так, чтобы его температура достигла критическую отметку, при которой происходит изменения кристаллического строения либо начинает протекать процесс растворения фазы в матрице, сформировавшейся при низких температурных показателях детали. После этого металл резко охлаждается. Целью закалки чаще всего является повышение твердости и прочности стальных изделий. Вопрос № 2 Как изменяются механические свойства в результате закалки? - Повышаются твердость и прочность - Увеличиваются хрупкость и внутреннее напряжение. Это провоцирует разрушение материалов при резких критических воздействиях Вопрос № 3 Что такое перлит, сорбит, троостит, бейнит, мартенсит? Перли́т – механическая смесь пластин феррита и цементита. Скорость, с которой формируются зародыши перлитной кристаллизации, зависит от переохлаждения аустенита по отношению в равновесной температуре образования цементита. Сорбит - одна из структурных составляющих сталей и чугунов; представляет собой дисперсную разновидность перлита — эвтектоидной смеси феррита и цементита. Сорби́т одна из структурных составляющих железоуглеродистых сплавов (сталей, чугуна), представляющая дисперсную разновидность перлита — эвтектоидной смеси феррита и цементита. Троостит - одна из структурных составляющих сталей и чугунов; высокодисперсная разновидность перлита эвтектоидной смеси феррита и цементита. Бейнит - игольчатый троостит, структура стали, образующаяся в результате так называемого промежуточного превращения аустенита. Бейнит состоит из смеси частиц пересыщенного углеродом феррита и карбида железа. Образование бейнита сопровождается появлением характерного микрорельефа на полированной поверхности шлифа. Мартенсит – это зерна игольчатой формы в микроструктуре металла, представляющие собой перенасыщенный твердый раствор углерода в альфа-железе.. Вопрос № 4 Условие закалки. Скорость охлаждения детали Vохл. дет должна быть больше или равной критической скорости закалки стали. То есть до температуры изменяющей структурное состояние стали. Vохл. дет Vкр. зак . Вопрос № 5 От чего зависит скорость охлаждения детали и критическая скорость закалки стали? Скорость охлаждения зависит, главным образом, от степени устойчивости аустенита, т.е. от химического состава стали, а также от структуры, которую необходимо получить. Вопрос № 6 Температура закалки стали в зависимости от содержания углерода в стали. Температура закалки определяется по диаграмме состояния Fe – Fe3C и зависит от содержания углерода (рис. 1, заштрихованная область). Температура закалки доэвтектоидных сталей (C<0,8 %) – tзак = A3 + (30...50) 0С, а для заэвтектоидной стали (C>0,8 %) – tзак = A1 + (30...50) 0С. Критическая температура A1 располагается на линии PSK (727 0С), а температура A3 – на линии GS диаграммы состояния. Вопрос № 7 Причина возникновения паровой пленки вокруг детали при ее погружении в охлаждающую жидкость во время закалки. Как устранить паровую пленку? При погружении детали в охлаждающую жидкость из-за того, что температура детали выше температуры кипения охлаждающей среды, вокруг детали образуется паровая пленка. Она замедляет скорость охлаждения детали или отдельных ее частей. Условие закалки при этом не выполняется. Для разрушения паровой пленки необходимо обеспечить взаимное перемещение детали и охлаждающей жидкой среды Вопрос № 8 Структура стали после закалки. В обычных охлаждающих средах (вода, минеральное масло) при содержании углерода более 0,3 % после закалки образуется мартенсит. При содержании углерода в стали 0,6...0,8 % кроме мартенсита после закалки будет присутствовать аустенит остаточный. После закалки сталь становится очень твёрдой и хрупкой. Структура закалённой стали состоит из мартенсита и остаточного аустенита. Заэвтектоидную сталь не следует нагревать для закалки выше Ас т, так как такая температура приведёт к перегреву и снизит качество изделия. Вопрос № 9 Чем отличается мартенситное превращение от перлитного? Мартенситное превращение связано с увеличением объема на несколько процентов. Поверхностные слои раньше достигают мартенситной точки, чем сердцевина изделия. Мартенситное превращение и связанное с ним увеличение объема около 1%, происходит в разных точках сечения изделия не одновременно, что приводит к возникновению структурных напряжений. Мартенситное превращение не связано с диффузионным перераспределением углерода и железа в решетке аустенита. Химический состав кристаллов мартенсита и исходного аустенита одинаков. Мартенсит отличается от аустенита только кристаллической решеткой; у аустенита гранецентрированная решетка -железа, а у мартенсита – тетрагональная, близкая объемно центрированной кубической решетке -железа. Таким образом, мартенсит является пересыщенным твердым раствором внедрения углерода в -железе. Превращение аустенита в мартенсит при охлаждении начинается и заканчивается при определенных для каждой марки стали температурах – температуре начала (МH) и конца (МК) мартенситного превращения. Перлитное превращение протекает в области температур 727…550 °С. Поскольку процессы диффузии достаточно развиты в этой области, то имеет место диффузионное превращение. Вопрос № 10 Цель и сущность отпуска. Отпуск сталей – вид термической обработки металлов, заключающийся в нагреве закаленных изделий ниже критической температуры, выдержке и медленном остывании. Вопрос № 11 Назначение, температура, скорость охлаждения и структура низкого отпуска. Низкий отпуск проводится при температуре 150-200Со. В результате снимаются внутренние напряжения, происходит увеличение пластичности и вязкости без заметного снижения твёрдости и износостойкости (зубья зубчатых колес, кулачки распредвалов, режущий и измерительный инструмент и т. д.). Вопрос № 12 Назначение, температура, скорость охлаждения и структура среднего отпуска. При среднем отпуске нагрев производиться до 350-450Со. При этом происходит некоторое снижение твёрдости при значительном увеличении упругости и сопротивляемости действию ударных нагрузок (пружины, рессоры, мембраны и т. д.). Вопрос № 13 Назначение, температура, скорость охлаждения и структура высокого отпуска. Высокий отпуск производится при 550-650Со. При этом твёрдость и прочность снижаются значительно, но очень сильно возрастают вязкость и пластичность (валы, зубчатые колеса, шатуны двигателей и т. д.). ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ: Упрочнить деталь упрочнить зубья зубчатого колеса из стали 30. а) химический состав стали 30: 0.57-0,65 %С, 0.17-0.37 %Si, до 0.25Cu%, до 0.08%As, 0.50-0.80%Mn, до 0.25%Ni, 0.35%P, 0.25%Cr, 0.04%S б) условия работы детали: поверхностный износ, трение. в) способ упрочнения детали: закалка и низкий отпуск. г) структура стали перед нагревом А (аустенит) д) температура закалки стали 860 0С е) структура при температуре закалки Ф + П (феррит + перлит) ж) условия закалки: з) структура стали после закалки (перед отпуском): М (мартенсит) и) температура отпуска детали 400 0С к) скорость охлаждения детали при отпуске: 10 С/с л) структура стали после отпуска: Ф + Ц (феррит + цементит) м) ориентировочная твердость стали после отпуска: 35 HRC метод замера твердости: Роквелла. Упрочнить три образца из стали У8 закалкой и последующим низким, средним и высоким отпуском соответственно. Таблица:
Выводы: Сталь с более высоким содержанием углерода больше упрочняется при термообработке; - при повышении температуры отпуска твердость стали после термообработки снижается. |