Главная страница
Навигация по странице:

  • «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт физики высоких технологий Направление

  • Критической скоростью охлаждения

  • Результаты эксперимента

  • Результат закалки Температура нагрева, °С Время нагрева, мин

    		•

    отчет. Отчет по лабораторной работе по дисциплине Материаловедение и технология конструкционных материалов


    Скачать 90.5 Kb.
    НазваниеОтчет по лабораторной работе по дисциплине Материаловедение и технология конструкционных материалов
    Дата02.06.2022
    Размер90.5 Kb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаотчет.doc
    ТипОтчет
    #563857

    МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

    Федеральное государственное автономное
    образовательное учреждение высшего образования

    «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

    ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

    Институт физики высоких технологий

    Направление – 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника»

    Кафедра – Материаловедения и технологии металлов

    ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ


    Отчет по лабораторной работе по дисциплине
    «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

    Выполнил студент группы
    З-5Б92



    Румянцев Владий Владьевич




    группа



    (ФИО)

    Проверил












    должность



    (ФИО)

    Томск – 2022

    ЧАСТЬ № 1. ЗАКАЛКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ


    Цель работы:

    1) Изучить теоретические основы выбора температуры закалки для углеродистых сталей.

    2) Изучить влияние среды охлаждения (скорости охлаждения) на твердость стали при закалке.

    3) Установить влияние содержания углерода в стали на результаты закалки.

    Теоретические сведения по теме работы

    Цель любого процесса термической обработки заключается в том, чтобы нагревом до определенной температуры, выдержкой и последующим охлаждением с определенной скоростью вызвать желаемое изменение структуры сплава и, соответственно, изменение свойств. Следовательно, основными факторами воздействия при термической обработке являются температура, время выдержки и скорость последующего охлаждения.

    Практическая цель закалки конструкционных и инструментальных




    сталей заключается в достижении максимально высокой твердости и прочности.






    Основные этапы процесса закалки:




    1. Нагрев до температуры, выше критических точек Ас3 – для доэвтектоидных сталей, Ас1 – для заэвтектоидных сталей.




    1. выдержка




    1. охлаждение




    Цель нагрева сталей при закалке:




    Придание стали высокой твердости и прочности




    Доэвтектоидные (конструкционные) стали закаливаются из однофазного состояния – какого и почему?




    происходит из однофазной аустенитной области, поэтому структура этих сталей после закалки будет представлять мартенсит с небольшим количеством остаточного аустенита Доэвтектоидные стали закаливаются из однофазной аустенитной структуры. В структуре после закалки будет мартенсит с небольшим количеством остаточного аустенита, что обеспечит наибольшую твердость. При закалке из двухфазного феррито-аустенитного состояния присутствие в структуре феррита будет снижать твердость.




    Для получения оптимальных свойств доэвтектоидных (конструкционных) сталей после закалки необходимо производить их нагрев до температур, определяемых эмпирической формулой:




    tзак. доэвт. = АС3+ (30 – 50), °С

    Заэвтектоидные (инструментальные) стали закаливаются из двухфазного состояния – какого и почему?



    Заэвтектоидные стали охлаждаются из двухфазной аустенитоцементитной области и структура этих сталей после закалки представляет собой мелкоигольчатый мартенсит с небольшим количеством остаточного аустенита и цементит вторичный. При закалке же из однофазной аустенитной области заэвтектоидной стали возникает риск получения в структуре крупноигольчатого мартенсита (из-за крупного бывшего аустенитного зерна), что значительно увеличит склонность стали к хрупкому разрушению.






    Для получения оптимальных свойств заэвтектоидных (инструментальных) сталей после закалки необходимо производить их нагрев до температур, определяемых эмпирической формулой: Цель нагрева сталей при закалке:




    tзак. заэвт. = АС1+ (30 – 50), °С




    Цель нагрева сталей при закалке: переход в мартенсит




    Критической скоростью охлаждения при закалке называется скорость охлаждения, при которой углерод не успевает выделиться из твердого раствора




    Мартенсит – это структура закаленной стали, представляющая собой пересыщенный твердый раствор углерода в тетрагональной решетке альфа-железа




    Причины повышения прочности и твердости стали при закалке




    Сущность закалки заключается в получении пересыщенного твердого раствора. Пересыщение твердого раствора вызывает искажение кристаллической решетки, которые приводят к появлению дислокаций, компенсирующих эти искажения. Высокая плотность дислокаций затрудняет пластическую деформацию в металле и повышает его прочность и твердость




    Основным фактором, определяющим твердость мартенсита, является искажение кристаллической решетки альфа-железа, вызванные внедренными атомами углерода. Чем больше содержание углерода в мартенсите, тем больше тетрагональность решетки и выше твердость мартенсита

    Результаты эксперимента:

    Таблица

    Результаты закалки стали

    № п/п
    Марка стали
    Содержание C, %
    Исходная твердость
    Диаметр образца, мм
    Режим закалки
    Результат закалки

    Температура нагрева, °С
    Время нагрева, мин
    Среда охлаждения, Vохл
    № образца
    Твердость образца
    Структура образца

    1
    20
    0,2
    HB161
    (HRC4)
    16,3
    880
    12,8
    Вода Vохл>Vкр
    1
    40
    мартенсит

    2
    38
    мартенсит

    3
    39
    мартенсит

    2
    45
    0,45
    HB170
    (HRC6)
    20,1
    830
    19
    1
    55
    мартенсит

    2
    53
    мартенсит

    3
    55
    мартенсит

    3
    У12
    1,2
    HB207
    (HRC18)
    20,25
    780
    22
    1
    62
    мартенсит

    2
    60
    мартенсит

    3
    63
    мартенсит

    Масло Vохл<Vкр
    4
    55
    Сорбит, тростит

    Воздух Vохл<Vкр
    5
    50
    Сорбит, перлит

    Рис. 1. График зависимости твердости стали У12 от скорости охлаждения
    (скорость охлаждения: в воде – 600 С/с, в масле – 150 С/с, на воздухе – 30 С/с)

    Рис. 2. График зависимости твердости сталей У12, 20, 45 от содержания углерода

    Выводы:

    По результатам лабораторной работы на основании приведенных выше графиков можно сделать следующие два вывода:

    1. На рис. 1 изображена зависимость твердости от скорости охлаждения для стали У12. По данному рисунку видно, что увеличение скорости охлаждения приводит к увеличению твердости стали. Скорость охлаждения влияет на конечную структуру. При скоростях охлаждения 30°С/с и 150°С/с в стали У12 превращение происходит диффузионным путем, формируется феррито-цементитная структура разной степени дисперсности, в первом случае сорбит, во втором – тростит. Тростит является более дисперсной структурой, соответственно твердость его будет выше. При скорости 600°С/с диффузионные процессы подавляются, образуется мартенсит, который обладает наибольшей твердостью. Следовательно, увеличение скорости охлаждение приводит к увеличению твердости: при скоростях ниже критической твердость определяется дисперсностью структуры, при скоростях выше критической – структурой мартенсита.

    2. Из рисунка 2 видимо, что увеличение концентрации углерода в стали приводит к увеличению твердости после закалки (закаливаемости). Содержание углерода в стали является определяющим фактором твердости мартенсита. Чем больше содержание углерода в решетке мартенсита, тем выше его твердость, так как выше уровень напряжений внутри решетки ввиду ее дефектности.

    написать администратору сайта