авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

«Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Восточно-Сибирский государственный технологический университет» ...»

-- [ Страница 3 ] --

прочности на разрыв, относительное удлинение окажутся Пробная закалка примерно одинаковыми после отпуска на одинаковую Образцы квадратного или круглого сечения различных твердость по сечению у слабо закаливающихся и глубоко размеров по площади поперечного сечения, изготовленные из закаливающихся сталей. Свойства, зависящие от формы одной и той же плавки, нагреваются до температуры закалки, цементита (предел пропорциональности, текучести, ударная выдерживаются расчетное время и охлаждаются в заданной вязкость), окажутся существенно различными. Более высокие среде.

значения предела текучести, пропорциональности, ударной Из сердцевины закаленного образца вырезается темплет вязкости обеспечиваются зернистыми структурами, более (диск). Плоскость разреза шлифуется и на ней через 1 - 2 мм низкие - пластинчатыми. по сечению измеряется твердость образца. По полученным Следовательно, у стали с несквозной прокаливаемостью данным строят кривые в координатах "расстояние от центра в сердцевине будет наблюдаться заметное снижение т, КС;

у твердость" аналогично кривым (рис.3). Ввиду сложности, стали со сквозной прокаливаемостью свойства будут трудоемкости и длительности этого способа, особенно в одинаковыми по всему сечению. случае прутков крупного сечения, он неудобен для массового Таким образом, для получения одинаковых и высоких производственного контроля механических свойств в закаленном и отпущенном состоянии Метод торцевой закалки (ГОСТ 5657-69) по всему сечению во многих случаях необходимо обеспечить Универсальным, простым, и вместе с тем, надежным в процессе закалки сквозную прокаливаемость. способом определения прокаливаемости является метод торцевой закалки. В этом случае не требуется исследовать большое количество образцов различных размеров, 2. Методы определения прокаливаемости.

закаливать их в нескольких средах.

Проба на излом 135 торцом на графитную или угольную пластинку или карбюризатор.

Рис 4. Форма образца для определения прокаливаемости способом торцовой закалки. а б Расстояние от центра образца, мм Рис 3. Распределение твердости по сечению закаленного цилиндрического образца;

а - образец диаметром 20 мм;

б - образец диаметром 35 мм На стандартном образце определяется глубина прокаливаемости в изделиях, практически любого сечения из стали данной марки при любой скорости их охлаждения.

Метод торцевой закалки применяется для массового контроля углеродистых и легированных сталей, кроме сталей мартенситного класса, т.е. сталей, закаливающихся на мартенсит при охлаждении на воздухе. Прокаливаемость Рис. 5. Схема установки для определения прокаливаемости определяется на образцах диаметром 25 мм и длиной 100 мм методом торцевой закалки (рис. 4). Образец имеет с одной стороны заплечик или кольцевую насадку, позволяющую подвешивать его в Температура нагрева образцов под закалку выбирается вертикальном положении при закалке. С целью по справочным данным, в зависимости от марки стали.

предотвращения обезуглероживания поверхности и Выдержка при выбранной температуре составляет 20-30 мин.

образования окалины нагрев образцов производят в ванне с После выдержки образцы охлаждают в специальной расплавленной солью или в контрольной атмосфере. Если установке, расположенной на таком расстоянии от печи, нагрев осуществляется в печи без контролируемой чтобы время от начала переноса образца в установку и до атмосферы, то образцы помещают в стальной начала охлаждения затрачивалось не более 5 секунд.

цилиндрический колпак, в котором он опирается нижним 137 Принципиальная схема охлаждения образца в установке Число прокаливаемости определяется величиной 1 с где показана на рисунке 5. В этих условиях скорость охлаждения 1-расстояние от охлаждаемого торца до точки, имеющей торца соответствует скорости охлаждения поверхностного твердость слоя с полумартенситной структурой;

с - значение слоя образца в воде, а охлаждение верхнего торца - скорости этой твердости HRC.

охлаждения на воздухе. Остальные участки поверхности Зная число, можно определить диаметр сечения изделия образца между торцами, т.е. по его длине, охлаждаются с (критический диаметр, ДКР), изготовленного из исследуемой промежуточной скоростью. марки стали, которое будет прокаливаться насквозь. С этой Давление воды регулируется таким образом, чтобы целью используется специальная номограмма М.Е. Блантера высота свободной струи была 65 мм. Расстояние от сопла до (рис.7).

охлаждаемого торца образца должно составлять 12,5 мм. В ее верхней части даны две шкалы I и 2, Причем, струя должна касаться только торца образца. характеризующие расстояние от охлаждаемого торца Образец выдерживают под водяной струёй до полного образца. При охлаждении наибольшего диаметра (Дкр) или охлаждения. детали, прокаливающейся полностью по сечению с Для измерения твердости по длине закаленного образца образованием мартенситной структуры, используют шкалу 1, сошлифовывают слой толщиной 0,5 мм. Твердость измеряют а для определения наибольшего диаметра для по обеим шлифованным плоскостям, и для каждой пары полумартенситной зоны - шкалу 2.

точек, находящихся на одинаковом расстоянии от торца, В нижней части номограммы даны три шкалы с принимают среднее арифметическое значение. Результаты различным соотношением длины детали к ее диаметру или измерений выражают графически в координатах: твердость - толщине, по которым находится размер критического расстояние от охлаждаемого торца, т.е. по результатам сечения изделий различной формы, прокаливающихся измерений строится кривая прокаливаемости. Для насквозь при охлаждении в указанных средах. При характеристики прокаливаемости стали одной марки ее использовании номограммы на шкале 1 или соответственно определяют для нескольких плавок и в этом случае строят шкале 2 находят расстояние от торца до конца мартенситной полосу прокаливаемости (рис. 6). или полу мартенситной зоны, найденное экспериментально для данной стали, например, 1 = 5 мм на шкале 2. Из этой точки опускают перпендикуляр до пересечения с линией на номограмме, указывающей идеальное охлаждение.

Из этой точки проводят горизонтальную линию влево до пересечения с линией номограммы, соответствующей нужной среде охлаждения(вода,масло,воздух Расстояние от охлаждаемого торца, мм Рис.6. Полоса прокаливаемости стали 40Х 139 формы с соотношением L/a=1 критический диаметр ДКР или Расстояние от закаливаемого торца до полумартенситной зоны, критическая толщина "а" при охлаждении в воде равна мм, в масле - 19,5 мм, на воздухе - 1,85 мм. Цилиндрическая деталь L/Д = 0,1 или брусок L/a = 0,1. Охлаждение в воде 132 х 13,2 мм, в масле - 78 х 7,8 мм, на воздухе - 7,5 х 0,75 мм и т.д.

По номограмме можно определить скорость охлаждения сердцевины изделия путем продолжения горизонтали от прямой "Идеальное охлаждение" до левой вертикальной оси "Скорость охлаждения". В пашем примере при 1=5 мм скорость охлаждения в сердцевине равна град/с.

По номограмме можно также определить так называемый "идеальный критический диаметр", т.е.

максимальный размер сечения изделия, которое прокаливается насквозь в идеальном охладителе, где охлаждение с поверхности происходит с бесконечно большей скоростью. Понятие "идеальный критический диаметр" вводится для характеристики прокаливаемости стали вне зависимости от способа охлаждения и геометрии изделий.

В нашем примере, "идеальный критический диаметр" Д - 32 мм.

III Методика работы.

Идеальный критический диаметр, мм По определению закаливаемости:

1. Подготовить образцы из сталей марки: сталь 30 и Рис 7. Номограмма для расчета прокаливаемости сталь У8.

(по М.Е.Блантеру).

2. Определить с помощью микроскопа структуру исследуемых сталей.

Затем из точки "а" или "б" (в зависимости от 3. Руководствуясь диаграммой, железо-цементит и охлаждающей среды) опускают перпендикуляр на шкалу справочными данными (табл. 1), определить оптимальную "размер, мм”. В точке пересечения читается ответ температуру под закалку для каждой стали. Установить наибольший диаметр (толщина) образца, прокаливающегося продолжительность нагрева и среду охлаждения при закалке.

полностью в выбранной закалочной жидкости. В нашем 4. Замерить твердость по Бринеллю образцов в исходном примере при 1=5 мм для детали кубической и шаровидной 141 состоянии и провести термическую обработку (закалку) по установленному режиму.

5. После закалки зачистить торцы образцов, определить V. Обработка результатов твердость. При обработке экспериментальных данных и оформления отчета необходимо следующее:

По определению прокаливаемости стали:

1. Подготовить образцы из сталей 45 и 40Х2Н2МА для 1. Занести в отчет химический состав исследуемых определения глубины прокаливаемости методом торцевой сталей (табл. 2).

закалки. 2. Описать и зарисовать структуру исследуемых сталей 2. Для исследуемых сталей определить твердость в равновесном (отожженном) состоянии (протокол полумартенситной зоны (рис. 2), оптимальную температуру испытаний № 1).

нагрева под закалку, время нагрева и выдержки при 3. Результаты определения закаливаемости занести в заданной температуре. протокол испытаний № 2.

3. Провести испытание на прокаливаемость (нагрев и 4. По полученным результатам измерения твердости до охлаждение опытных образцов в закалочном приспособлении и после термической обработки построить графики до полного охлаждения). изменения твердости в зависимости от содержания углерода 4. По двум диаметрально противоположным в стали (рис. 7).

образующим образца снять на глубину 0,2-0,5 мм слой 5. Результаты определения занести в протокол металла и замерить твердость по Роквеллу. Измерение испытаний №3.

твердости начать от торца. Промежутки измерения: 1-2,5 мм. 6. По полученным результатам распределения Заканчивать процесс измерения после того, как твердость твердости по длине образца от охлаждаемого торца достигнет полумартенситной зоны. (протокол №4) построить кривые прокаливаемости в 5. Используя номограмму (рис. 6), определить значения координатах "твердость-расстояние от охлаждаемого торца" идеального критического диаметра, скорость охлаждения (рис. 8).

сердцевины изделий, размеры деталей, прокаливающихся Таблица 1.

Температурное положение критических точек насквозь в зависимости от их геометрии и охлаждающей для исследуемых сталей среды.

IV. Оборудование и материалы Марка стали Для выполнения работы одной группой необходимо Температурное положение иметь: 4 печи с термоэлектрическими пирометрами, критических точек твердомеры ТК И ТШ, кузнечные клещи, бак с водой, АС1 Аr3 AC3 Ar установку для торцевой закалки, две лупы для замера лунки, 10 725 690 860 переводную таблицу твердости, 3 образца для определения 30 725 690 820 закаливаемости и 2 образца для определения прокаливаемости из сталей: 10, 30, У8, 45, 40 Х2Н2МА. 45 725 690 775 143 730 - 730 У8 760 300 810 40Х2Н2МА У 40Х2Н2МА Таблица 2.

Химический состав исследуемых сталей Протокол испытаний № Марка Химический состав, % Влияние содержания углерода в стали на ее закаливаемость стали C Mn Si Cr S P 10 0,07- 0,35- 0,17- 0.15 0,04 0,04 Марка Режим термической обработки Твердость, НВ, стали HRC 0,14 0,65 0, 30 0,27 0,50- -//-//- 0,26 -//-//- -//-//- Темпера Время Среда В После тура нагрева и охлаж исход закалки 0,80 //-// //-// //-// нагре дения ном 45 0,42- 0,4-0,8 -//-//- -//-//- -//-//- -//-//- ва, 0С выдержки, состоя 0,49 //-// //-// //-// //-// мин нии У8 0,75- 0,20- 0,15- 0,15 0,30 0,84 0.40 0,35 40Х2Н2МА 0,37- 0,50- 0,17- 1,45- -//-//- -//-//- У 0,44 0,80 0,37 1,65 //-// //-// Примечание: в стали 40Х2Н2МА содержится: Ni-1,75-1,90%. Mo 0,15-0,25%.

Протокол испытаний № Структура исследуемых сталей в равновесном состоянии Марка стали Структура стали Схематическое в равновесном изображение состоянии микроструктуры в равновесном состоянии 145 Протокол испытаний № Определение прокаливаемости стали методом торцевой закалки Время нагрева и выдержки, Критический диаметр, мм полумартенситной зоны, Раст. до полумартенсит.

Скорость охлаждения Значение идеального Температура нагрева сердцевины,0С/с Марка стали Твердость диаметра зоны HRC мин С 0,1 0,3 0,5 0,7 0, Содержание углерода, % Рис 7. Изменение твердости стали в зависимости от содержания углерода 40Х Н2М А Протокол испытаний № Распределение твердости по длине образца от охлаждаемого торца Сталь 45 Сталь 40Х2Н2МА Расстояние Твердость Расстояние от Твердость от HRC охлаждаемого HRC 0 10 20 40 50 охлаждаемог торца, мм Расстояние от охлаждаемого торца, мм о торца, мм Рис 8. Кривая прокаливаемости.

1-сталь 2-сталь 40Х2Н2МА 147 VI. Контрольные вопросы 1. Что такое прокаливаемость стали и какие факторы на нее влияют?

2. Какие стали подвергаются закалке?

3. Какие характеристики служат для определения закаливаемости и прокаливаемости стали?

4 В каких случаях необходима большая прокаливаемость стали?

5. Методы определения прокаливаемости стали.

6. При закалке в воде образцов небольшого сечения из сталей 20 и У8 была получена структура мартенсита. Какая должна быть твердость этих образцов и почему?

7. Что нужно предпринять, если требуется изготовить высококачественную, сложную деталь, обладающую высокими качествами по всему сечению?

8. Что такое критический диаметр?

Под теплостойкостью (красностойкостью) понимают способность Лабораторная работа стали сохранять высокую твердость при нагреве до 600° С и выше, ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА которая создастся легированием стали карбидообразующими элементами ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ (W, Мо, V, Сг) в таком количестве, при котором они связывают почти I. Цель работы весь углерод в специальных карбидах типа М6С и МС (W6C, Мо6С, VC);

Целью настоящей работы является приобретение студентами навыков в проведении самостоятельных малую деформацию при закалке (что особенно важно исследований в области термической обработки при изготовлении инструмента сложной конфигурации);

инструментальных сталей, закрепление знаний по данному хорошие технологические свойства (должны хорошо вопросу.

обрабатываться резанием в отожженном состоянии, не иметь Проводимые исследования предусматривают изучение склонности к обезуглероживанию при нагреве, хорошо структуры и свойств быстрорежущих сталей как наиболее свариваться и шлифоваться и т.д.) типичных для большой группы материалов, применяемых В углеродистых и низколегированных для режущего, штампового и измерительного инструмента, с инструментальных сталях содержится от 0,7 до 1,5 % параллельным сравнением с углеродистыми сталями углерода и легирующих элементов (Cr, Si, W, V, Mn) в сумме аналогичного назначения.

от 1 до 5 %. Структура этих сталей до термической обработки - зернистый перлит. Термическая обработка их II. Сведения из теории.

состоит в закалке и последующем низком отпуске при 150 Инструментальные углеродистые и легированные стали 170°С. Теплостойкость этих сталей не превышает 200° С.

в зависимости от назначения подразделяются на стали для Охлаждение при закалке углеродистых сталей проводят режущего, мерительного и штампового инструмента.

в воде или водных растворах щелочи, соли, а легированных сталей - в масле. Для уменьшения деформации инструмента 1. Cтали и сплавы для режущего инструмента.

из углеродистых и малолегированных сталей рекомендуется Режущие инструменты (резцы, фрезы, сверла и т.д.) применять для них закалку в двух средах или ступенчатую.

изготавливаются из углеродистых, легированных, Твердость поверхности инструмента при содержании быстрорежущих и металлокерамических твердых сплавов.

углерода в стали более 0,8 % будет равна HRC 60-64.

Эти стали должны иметь:

По своим режущим свойствам низколегированные высокую твердость и износостойкость режущей кромки инструментальные стали мало отличаются от углеродистых при достаточно вязкой сердцевине;

сталей с таким же содержанием углерода. Основное высокую теплостойкость для инструмента, назначение легирующих элементов в этих сталях - увеличить работающего с большими скоростями резания.

прокаливаемость стали и уменьшить чувствительность стали к перегреву при закалке. Повышенная прокаливаемость стали 150 позволяет закаливать инструмент в масле или производить процента;

следующие буквы и цифры показывают наличие и ступенчатую закалку. Меньшая скорость охлаждения при количество легирующих элементов. В обозначениях этих закалке уменьшает опасность образования трещин;

марок, как правило, не указывается: содержание хрома, деформаций и короблений. Поэтому из этих сталей которое для всех марок быстрорежущих сталей равно 3,8-4, рекомендуется изготавливать инструменты больших %;

количество ванадия, которое во всех марках размеров и сложной конфигурации. быстрорежущих сталей с 18 % W равно 1-1,4 %, а в сталях с Марки некоторых углеродистых и низколегированных % W - 2,0-2,6 %;

содержание углерода, которое тем больше, инструментальных сталей и их свойства приведены в чем больше ванадия в стали, и колеблется от 0,7 до 1,55 %.

таблице.1. Таблица 2.

Марки быстрорежущих сталей и их свойства Таблица Марка Твердость после Теплостойкость, ° Марки углеродистых и низколегированных стали термообработки, С HRC инструментальных сталей и их свойства Р18 63-65 Р6М5 63-65 Р18Ф2 64-66 Р14Ф2 64-66 Марка стали Твердость после закалки Р9К10 64-66 и отпуска, HRC Р10К5Ф5 64-67 У7А 56-58 Р9М4К8 66-68 У8А 60-62 Р12ФЗ 64-68 У10А 60-62 Р8МЗК6С 65-67 У12А 62- ВЗМ12К23 65-67 12Х 62- 9ХС 62- Быстрорежущие стали обладают высокой ХВГ 62-65 теплостойкостью, а, следовательно, сохраняют высокую ХВ5 61-65 твердость и режущие свойства при нагреве до 625-655° С.

Для изготовления режущего инструмента, работающего 2. Стали для измерительного инструмента при высоких скоростях резания, применяются Стали для измерительного инструмента должны быстрорежущие стали (табл. 2). В этих сталях буква Р обладать высокой твердостью, износоустойчивостью и указывает, что сталь быстрорежущая (рапид);

цифра, стоящая сохранять свои размеры в течение длительного времени. Для за буквой, показывает наличие вольфрама в целых числах этих целей применяются высокоуглеродистые, легированные 152 хромом и марганцем стали марок X и ХГ. Термическая У12А. Перечисленные стали превосходят по вязкости сталь обработка этих сталей состоит из закалки и последующего 6ХЗФС. Штампы сложной формы, особенно для вырубки, низкого отпуска (140-1700С). В некоторых случаях для изготавливают из стали 7ХГ2ВМ.

стабилизации размеров инструмент после закалки Износостойкость штампов, работающих в условиях подвергается обработке холодом и затем искусственному повышенного износа (вырубные, вытяжные и др.), старению (длительному отпуску) при температуре 120- 1400 определяется твердостью мартенсита, количеством и типом С в течение 12-60 ч. Структура стали после термической карбидной фазы. Эти стали содержат 0,7-1,5 % С. В обработки состоит из мелкоигольчатого мартенсита, результате закалки они приобретают твердость HRC 58-65, вторичных карбидов и остаточного аустенита (стабильного). сохраняемую при отпуске.

Твердость составляет HRC 62-64. Высокой износостойкостью обладают широко применяемые стали Х12Ф1 и XI2M, которые при закалке в масле мало деформируются, что важно для штампов сложной 3. Стали для штампового инструмента Стали для штампового инструмента в зависимости от формы. Закаливаются на первичную (1000-1030° С и отпуск температурных условий работы инструмента (штампов, 160-150 °С на твердость HRC 60-63), и на вторичную пуансонов, матриц и пневматических зубил, роликов и т.д.) твердость с более высоких температур (1100-1170 °С). После подразделяются на штамповые стали холодного и горячего закалки на вторичную твердость в структуре стали деформирования. содержится до 60-80 % аустенита и твердость составляет Штамповые стали для холодного деформирования HRC 42-54. После многократного отпуска при 500-540° С должны обладать высокой твердостью, прочностью, аустенит превращается в мартенсит, и твердость возрастает износостойкостью и достаточно высокой ударной вязкостью. до HRC 56-60. Такая обработка предпочтительнее для Твердость в зависимости от условий эксплуатация выбирают небольших штампов.

в широких пределах (HRC 54-64). Более высокой износостойкостью обладают стали Выбор вязкости и прокаливаемости, а также Х6Ф4ММ (ЭП770) и Х12ФМ (ДИ51), применяемые для термической обработки определяется условиями работы, вырубок, вытяжки и прессования. Но они хуже шлифуются.

размерами и формой штампов. Широкую область применения имеют штампы, Штампы для холодного деформирования металлов испытывающие повышенные удельные давления в сочетании находятся в эксплуатации в сложном напряженном с динамическими нагрузками (пуансоны выдавливания и состоянии. высадки, прессования порошков высокой плотности, Для изготовления пневматического инструмента, накатные инструменты, пневматические зубила в др.).

пуансонов высадки, испытывающих в работе ударные Основные свойства, которые должны иметь стали этого нагрузки, применяют доэвтектоидные стали типа 6ХС, назначения, - высокое сопротивление пластической 6ХВ2С. Высокая вязкость достигается низким содержанием в деформации при высокой прочности, удовлетворительной них углерода и более высоким отпуском (240-270 °С) после вязкости и повышенная теплостойкость, т.к. в процессе закалки. Нередко применяет углеродистые стали У10А, деформации штампы разогреваются до 300-400 °С. В 154 настоящее время в промышленности используются по этим 1. Умеренной теплостойкости и повышенной причинам в основном стали Х12М, Х6ВФ и быстрорежущие разгаростойкости: они легируются хромом и небольшими стали. Высокими свойствами обладают штамповые стали добавками вольфрама и молибдена.

6Х4М2ФС, 8Х4В2С2МФ (табл. 3). 2. Повышенной теплостойкости: в них основными Штамповые стали для горячего деформирования легирующими элементами являются молибден и вольфрам должны обладать высокой жаропрочностью, при 2-6 % хрома.

теплостойкостью, термостойкостью, высокой ударной 3. Высокой теплостойкости. Эти стали при 2-3 % хрома вязкостью и т.д. Необходимый комплекс эксплуатационных содержат 3-8% вольфрама.

свойств этих сталей обеспечивается легированием Стали первой группы сохраняют твердость не ниже карбидообразующими элементами (Cr, W, Мо, V) при HRC 45 после нагрева до 600-620°С, тогда как стали второй содержании углерода 0,3-0,5 %. Необходимо различать группы сохраняют ее до 650-670° С, а стали высокой следующие штамповые стали (табл. 4): теплостойкости - до 700-750°С.

Таблица 3.

Химический состав штамповых сталей Таблица 4.

холодного деформирования Химический состав штамповых сталей горячего деформирования Марка Содержание элементов, % стали Ма Содержание элементов, % С Si Мп Сг W V Мо Ni рка С Si Mn Cr W V Mo Ni Co Х6ВФ 1,1 0,25 0,3 6 1,4 0,7 - - стали Х12 2,1 0,25 0,3 12 - - - - 5ХНМ 0,5 0,25 0,6 0,6 - - 0,3 1, 5ХНВ 0,5 0,25 0,6 0,6 0,6 - - 1, Х12ВМ 2,1 0,3 0.3 12 0,9 0,25 _ 5ХНВС 0,5 0,8 0,4 1,5 0,6 - - 1, Х12М 1,6 0,25 0,3 12 - 0,25 0,5 5ХГМ 0,5 0,4 1,3 0,7 - - 0,3 Х12Ф1 1,4 0,25 0,3 12 - 0,9 - - 4ХМФС 0,4 0,7 0,7 1,7 - 0,4 1,1 7ХГ2ВМ 0,7 0,3 2,1 1,6 0,9 0,2 0,8 - 4ХМНФ 0,4 0,7 0,7 1,7 - 0,4 1,1 1, С Х6Ф4М 1,2 0,3 0,3 6 - 4 1 5Х2МНФ 0,5 0,7 0,7 2 - 0,4 1,1 1, Х12Ф4М 1,2 0,3 0,3 12 - 4 1 4Х5МФС 0,35 1,2 0,25 5 - 0,4 1,4 - кН (внутренние втулки, пресс-штемпели, иглы для прошивки 4Х5В2Ф 0,35 1,2 0,25 5 2 0,8 - - труб) при деформировании конструкционных углеродистых С и легированных сталей и цветных сплавов. Стойкость 4Х4ВМФ 0,35 0,8 0,3 4 1 0,9 1,4 - С инструментов из этих сталей в 1,5-2,5 раза выше, чем из 4Х3МВФ 0,35 0,8 0,5 3 0,8 0,7 0,5 - - сталей 5ХНМ (5ХНВ). Эти же стали широко применяют 3Х3М3Ф 0,3 0,3 0,4 3 - 0,5 3 - - также для изготовления пресс-форм литья под давлением алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов. Для 5Х3В3М 0,48 0,7 0,3 2,8 3,3 1,6 0,9 - ФС деформирования нержавеющих сталей и жаропрочных 4Х2В2М 0,48 0,45 0,45 2,25 2,1 0,7 0,9 - - сплавов используются стали 4ХЗВМФ, 4Х4ВМФС (ДИ-22).

ФС Стали третьей группы (5ХЗВЗМФС, 4Х2В5МФ, 4Х2В5М 0,35 0,25 0,27 2,65 5 0,75 0,75 - - ЗХ2В5МФ и др.) отличаются повышенным содержанием Ф вольфрама (или вольфрама и молибдена). Эта особенность 3Х2В8Ф 0,35 0,27 0,27 2,45 8 0,35 - - - состава определяет их высокую теплостойкость (700-750° С), 2Х8В8М 0,2 0,3 0,3 8 8 0,1 2 - 8 однако она же является причиной понижения ударной вязкости (0,15-0,2 Дж/м2), особенно в заготовках диаметром 2К более 120-150 мм. Рациональными областями применения Стали первой группы, чаще всего, используют для сталей высокой теплостойкости являются тяжело молотовых штампов, крупных прессовых штампов, нагруженные инструменты сечением 100-159 мм (матрицы, контейнеров и блоков матриц для горизонтально-ковочных пуансоны, выталкиватели, вставные знаки и т.п.) горячего машин. Основными сталями этой группы являются стали объемного деформирования легированных конструкционных марок 5ХНМ и 5ХНВ. При штамповке поковок из сталей и жаропрочных сплавов. Сталь 2Х6В8М2К8 (ЭП745) жаропрочных и нержавеющих сталей необходимо применять используют для небольших пуансонов (диаметром до 50 стали марок 4ХМФС (штампы сечением до 350 мм) и 70мм) и матриц для горячего деформирования жаропрочных 5Х2МНФ (штампы сечением до 500 мм), которые благодаря сплавов. Стойкость таких инструментов в 3-5 раз выше, чем повышенной теплостойкости и износостойкости из стали ЗХ2В8Ф.

обеспечивают увеличение стойкости в 2-3 раза по сравнению Теплостойкость стали зависит от количества с 5ХНМ. карбидообразующих легирующих элементов, таких, как Стали повышенной теплостойкости и вязкости вольфрам, хром, ванадий, растворенных в мартенсите. Она представлены наибольшим количеством марок. Широкое достигается не только введением достаточного количества применение нашли стали 4Х5МФС, 4Х5В2ФС и 4Х5МФ1С в этих элементов в сталь, но и правильной технологией качестве молотовых вставок диаметром до 200 мм и термической обработки.

инструментов для кривошипных горячештамповочных Для получения высоколегированного мартенсита, прессов усилием до 40000 кН, для горизонтально-ковочных обладающего высокой теплостойкостью, сталь под закалку машин усилием до 10000 кН (вставки, пуансоны) и нагревают до высоких температур (1260-1280° С). Высокая горизонтальных прессов усилием до 158 температура нагрева нужда для того, чтобы перевести в отпуском при 560 °С. При отпуске во время выдержки твердый раствор (аустенит) возможно большее количество мартенсит закалки переходит в мартенсит отпуска, из труднорастворимых вторичных карбидов, т.е. получить, остаточного аустенита выделяются дисперсные карбиды, что прежде всего, высокоуглеродистый и высоколегированный ведет к обеднению аустенита углеродом и легирующими аустенит. элементами. При последующем охлаждении со скоростью Если закаливать эти стали с более низких температур, больше критической, остаточный аустенит, переохлаждаясь то полученный мартенсит будет недостаточно легированным, до мартенситной температуры, превращается в мартенсит.

и его теплостойкость и твердость будут ниже. Происходит как бы вторичная закалка. Этот метод Ввиду плохой теплопроводности стали для избегания очень трудоемкий и малопроизводительный (рис.1,а). Второй получения трещин нагрев под закалку необходимо режим. Закалка с последующей обработкой холодом при производить медленно. Практически нагрев ведут с одним - температуре ниже Мк (-80 °С) и однократным или двумя подогревами. двукратным отпуском при 560° С (рис.1,б). При охлаждении Критическая скорость закалки этих сталей невелика, а от комнатной температуры до точки Мк дополнительно поэтому охлаждение при закалке можно производить в струе образуется около 10-15 % мартенсита закалки.

воздуха (мелкого инструмента) или в масле, для уменьшения Микроструктура стали после окончательной термической закалочных деформаций рекомендуется ступенчатая закалка. обработки состоит из мартенсита отпуска и первичных Точка конца мартенситных превращений у быстрорежущих карбидов.

сталей лежит в области отрицательных температур, а поэтому после закалки у них остается повышенное количество аустенита (от 20 до 40 %). Микроструктура закаленной быстрорежущей стали состоит из мартенсита закалки, остаточного аустенита и первичных карбидов.

Твердость быстрорежущих сталей после закалки составляет HRC 61-64. Остаточный аустенит понижает режущие свойства инструмента. В процессе резания инструмент разогревается до температуры 500-600°С.

а б Объемы аустенита ввиду плохой их теплопроводности будут Рис. 1. График термической обработки концентрировать тепло перегреваться до 700°С и выше и, быстрорежущей стали.

таким образом, отпускать мартенсит, находящийся в Задание соприкосновении с ним, что приводит к снижению 1. Определить влияние термической обработки на твердости. Для устранения остаточного аустенита свойства инструментальных сталей:

инструмент после закалки может быть обработан по двум а) подготовить образцы из быстрорежущей стали и основным режимам.

углеродистой стали (для исследования берутся образцы из Первый режим. Закалка с последующим трехкратным быстрорежущих сталей нормальной и 160 повышенной теплостойкости, а также для сравнения образцы г) замерить твердость после отпуска;

из углеродистой и инструментальной стали);

д) произвести выдержку (2 часа) образцов при 650° С;

б) провести замер исходной твердости (на пяти е) замерить твердость после выдержки при 650° С;

образцах из каждой партии);

ж) сравнить данные с полученными ранее (пункт 3,1).

в) произвести закалку исследуемых сталей, предварительно определить температуру нагрева под закалку 5. Изучить микроструктуру исследуемых сталей (литой, и время выдержки в зависимости от сечения образца, среду отожженной, после термообработки).

охлаждения;

По результатам таблицы 6 построить график в г) произвести замер твердости на образцах после координатах "твердость-температура отпуска" для каждой из закалки, предварительно очистив их от окалины. исследуемых сталей. График выполняется на одном рисунке для максимальной твердости.

2. Определить влияние температуры отпуска на механические свойства: IV. Обработка результатов и оформление отчета а) произвести отпуск закаленных образцов при температурах 180, 350, 500,580, 650° С;

На основании теоретических выкладок дать объяснение б) произвести замер твердости отпущенной стали (на полученным результатам с оформлением в отчете после образцах из быстрорежущей стали производить замер каждого полученного результата.

твердости три раза после выдержек по 50 мин). В отчете должен быть приведен химический состав исследуемых сталей, а результаты исследования сведены в 3. Определить зависимость теплостойкости от степени таблицы.

легирования стали: В отчете также привести описание и рисунки а) образцы, получившие максимальную твердость после изучаемых микроструктур и их влияние на механические отпуска, заложить в печь с температурой 650° С и выдержать свойства стали.

в течение 2 ч. Каждая таблица в отчете сопровождается б) произвести замер твердости образцов после 2- аргументированными выводами.

часовой выдержки при 650 °С.

4. Определить зависимость теплостойкости от температуры закалки:

а) произвести закалку на 20-30° С с более высоких, против принятых ранее (пункт 1,в), температур;

б) замерить твердость после закалки;

в) произвести 3-кратный отпуск при температуре 580 600° С (по 50 мин);

162 Таблица Влияние закалки на твердость сталей Таблица Влияние степени легированности на теплостойкость отпущенных сталей Сталь Твердость, HRC Сталь Твердость, HRC В исходном состоянии В закаленном состоянии Максимальная твердость После выдержки при после отпуска 650 °С и т.д.

Таблица Влияние температуры закалки на теплостойкость стали Таблица Влияние температуры отпуска на твердость стали Сталь Твердость, HRC Сталь Твердость, HRC, после отпуска при... °С После После отпуска После выдержки закалки на при 650 °С после 180 350 500 580 максимальную закалк твердость и 1 2 1 1 2 Примечание: I - закалка с нормальных температур, 2 - закалка с повышенных температур.

164 V. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Классы инструментальных сталей в зависимости от теплостойкости.

2. Что такое теплостойкость?

3. Влияние различных факторов на теплостойкость инструментальных сталей.

4. Превращения, происходящие при закалке и отпуске быстрорежущих и углеродистых инструментальных сталей.

5. Структура быстрорежущих и углеродистых сталей в литом, кованом, после отжига, после закалки и отпуска состояниях.

6. Свойства сталей в различном состоянии (литом, кованом, отожженном, после закалки, закалки и отпуска).

7. Что такое карбидная неоднородность?

8. Влияние карбидной неоднородности на свойства инструментальных сталей.

9. Влияние химических свойств на технологические свойства инструментальных сталей (ковкость, шлифуемость, обрабатываемость резанием и т.д.).

10. Какова связь между механическими свойствами, теплостойкостью и повышением производительности труда?

деталей машин. Наиболее широко используются процессы Лабораторная работа цементации (науглероживания), нитроцементации и азотирования. В меньшей степени применяется ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЦЕМЕНТАЦИИ поверхностное насыщение бором, кремнием и металлами.

НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛИ Примером могут служить цементованные и азотированные шестерни, валы, втулки автомобилей, тракторов, станков, I. Цель работы сельскохозяйственных и других машин. Большинство При выполнении настоящей работы необходимо: деталей машин работает в условиях износа, циклических а) углубить знания по основам химико-термической нагрузок, коррозии при криогенных и высоких температурах, обработки при которых максимальные напряжения возникают в б) экспериментально установить влияние температуры поверхностных слоях металла, где сосредоточены основные и времени цементации на глубину цементованного слоя;

концентраторы напряжений.

изучить структуру цементованного слоя;

изучить изменение В отличие от поверхностной закалки при ХТО разница твердости сердцевины и поверхностного слоя в свойствах достигается не только изменением структуры непосредственно после цементации и цементации с металла, но и его химического состава. ХТО не зависит от последующей закалкой. формы деталей. Она обеспечивает получение упрочненного слоя одинаковой толщины по всей поверхности. ХТО дает более существенное различие в свойствах поверхности и II. Сведения из теории.

сердцевины деталей.

Химико-термической обработкой (ХТО) называют Насыщение поверхностного слоя происходит при процесс, сочетающий поверхностное насыщение тем или нагреве детали до определенной температуры в среде, легко иным элементом при высокой температуре с упрочняющей выделяющей насыщающий элемент в активном состоянии, и термической обработкой, в результате которых происходит выдержке при этой температуре. Среды, выделяющие изменение химического состава, микроструктуры и физико- насыщающий элемент, могут быть газообразными, жидкими химических свойств поверхностного слоя металла или и твердыми.

сплава. Химико-термическая обработка осуществляется Различают следующие основные методы насыщения, путем диффузионного насыщения металла или сплава применяемые при ХТО:

неметаллами (С, N, В и др.) или металлами (Al, Cr, Zn и др.) 1. Насыщение из порошковых смесей (порошковый при определенной температуре и активной насыщающей метод). Благодаря простоте технологического процесса среде. Химико-термическая обработка повышает твердость, нашел применение в мелкосерийном и серийном износостойкость, задиростойкость, кавитационную и производстве для цементации, алитирования коррозионную стойкость и создает на поверхности (алюминирования), хромирования, борирования и т.д.

благоприятные остаточные напряжения сжатия, повышая тем 2. Прямоточный и циркуляционный методы самым усталостную прочность, надежность и долговечность диффузионного насыщения из газовых сред.

167 Прямоточный газовый метод заключается в нагреве вакууме. Испарившиеся атомы металла в вакууме изделий в герметичных печах, куда постоянно подается перемещаются на значительные расстояния и осаждаются на насыщающий газ. Отработанный газ выходит из печи через поверхности, встречающиеся на их пути. При испарении в специальное отверстие и, как правило, сжигается. Метод вакууме атомы насыщающего элемента перемещаются позволяет регулировать активность насыщающей атмосферы прямолинейно до столкновения с молекулами остаточного (потенциал атмосферы), широко применяется в газа. Чем глубже вакуум, тем больше длина свободного крупносерийном и серийном производстве для цементации, пробега атомов и выше скорость осаждения металла на нитроцементации и азотирования. Газовый метод обрабатываемую поверхность.

обеспечивает высокое качество диффузионного слоя и Выбор способа насыщения зависит от вида поверхности обрабатываемого изделия. Циркуляционный, производства, габаритов обрабатываемого изделия, метод отличается повторным использованием насыщающего требуемой толщины слоя и т.д.

газа при систематическом его восстановлении и находит все Химико-термическая обработка протекает более широкое применение при насыщении металлами и многостадийно. Основными стадиями любого ХТО являются:

кремнием. 1. ДИССОЦИАЦИЯ - на этой стадии массопереноса следует различать два процесса: образование активных 3. Диффузионное насыщение из расплавов металлов или атомов в насыщающей среде в результате разложения солей, содержащих диффундирующий элемент (с электролизом или без применения электролиза). исходных веществ:

2СОС02 + С;

2NH3 3H2+2N и т.д.

Жидкий метод позволяет сократить длительность технологического процесса, однако не всегда обеспечивает и диффузию их к поверхности обрабатываемого высокое качество поверхности и стабильность толщины металла. Степень распада молекул газа (в %) называется диффузионного слоя. Применяется в серийном производстве. степенью диссоциации.

4. Насыщение из паст и суспензий. 2. АДСОРБЦИЯ (хемосорбция) - реакции на границе Эти методы не всегда обеспечивают получение фаз - захват поверхностью металла свободных атомов равномерной толщины покрытия и поэтому в настоящее насыщающего элемента. Атомы металла, находящиеся на время не нашли достаточно широкого распространения. поверхности, имеют направленные наружу свободные связи.

Однако насыщение из паст может быть рекомендовано для При подаче к поверхности детали атомов насыщающего местного упрочнения поверхности и при обработке элемента эти свободные связи вступают в силу, что крупногабаритных деталей и инструмента (например, для уменьшает поверхностную энергию металла. С повышением упрочнения рабочей поверхности (фигуры) штампов температуры адсорбционная способность металла горячего деформирования металлов), т.к. другими методами увеличивается. Развитию процесса адсорбции помогает ХТО этого достичь просто невозможно. способность диффундирующего элемента образовывать с 5. Диффузионное насыщение в вакууме. основным металлом твердые растворы.

Насыщение осуществляется испарением 3. ДИФФУЗИЯ - проникновение адсорбированных атомов в диффундирующего элемента при высоких температурах в глубь металла. По мере накопления атомов 169 диффундирующего элемента на поверхности насыщения Повышение температуры увеличивает скорость процесса возникает диффузионный поток от поверхности в глубь диффузии. Поэтому толщина диффузионного слоя, обрабатываемого металла (сплава). Процесс возможен только образующегося за данный отрезок времени, сильно при условии растворимости диффундирующего элемента в возрастает с повышением температуры процесса (рис. 1, б).

обрабатываемом металле и достаточно высокой температуре, Известно несколько механизмов диффузии, четыре из обеспечивающей необходимую скорость диффузии. которых основные.

Скорость диффузии атомов насыщающего элемента в Циклический (обменный) механизм.

решетку железа неодинакова и зависит от состава и строения При реализации этого механизма (рис. 2) несколько образующихся фаз: диффузия протекает быстрее при атомов (три или более), расположенные примерно по кругу, образовании твердых растворов внедрения (при насыщении согласованно движутся так, что все кольцо из атомов углеродом или азотом, размеры атомов которых малы), чем поворачивается на одно межатомное расстояние. Частным твердых растворов замещения. Поэтому при диффузионной случаем циклического механизма является обменный металлизации процесс ведут при более высоких механизм, при котором осуществляется прямой обмен температурах, длительно и, несмотря на это, получают местами двух соседних атомов. Эти механизмы меньшую толщину слоя, чем при насыщении азотом и маловероятны в кристаллах с плотноупакованной структурой углеродом. атомов, т.к. вызывают сильное искажение решетки в местах Поверхностный слой детали, отличающийся от перехода атомов.

исходного материала по химическому составу, называется Краудионный механизм.

диффузионным слоем. Материал детали под диффузионным Краудион - группа атомов, сжатая за счет наличия в слоем с не изменившимся химическим составом называется ряду одного или нескольких лишних атомов, (crowd сердцевиной. скопление). В этом случае в более или менее Толщина диффузионного слоя зависит от температуры плотноупакованном ряде атомов появляется лишний атом.

и продолжительности насыщения, а также от концентрации Каждый атом этого ряда вплоть до отстоящих примерно на диффундирующего элемента на поверхности (рис. 1). 10 межатомных расстояний от лишнего атома смещен на С течением времени скорость увеличения толщины некоторое расстояние от равновесного положения в решетке.

Краудионная конфигурация атомов может слоя непрерывно уменьшается (рис. 1, а). Толщина перемещаться вдоль этого ряда. Искажение распространяется диффузионного слоя при прочих равных условиях тем вдоль линии, и энергия смещения атомов невелика.

больше, чем выше концентрация диффундирующего элемента на поверхности металла (рис. 1, в).

Концентрация диффундирующего элемента на поверхности обрабатываемой детали зависит от скорости притока атомов этого элемента к поверхности, скорости диффузионных процессов, приводящих к переходу атомов в глубь металла, состава и структуры образующихся фаз.

171 при образовании твердых растворов замещения. Многие процессы ХТО (алитирование, хромирование, силипирование и т.д.) обусловлены, диффузией таких элементов, как алюминий, хром, кремний и др., образующих с железом твердые растворы замещения. Эти элементы диффундируют в железе по вакансионному механизму.

В промышленности наиболее часто применяют процессы ХТО, основанные на диффузии в железо неметаллов С, N, В. Эти элементы, имеющие малый атомный радиус, образуют с железом твердые растворы внедрения.

Рис 1. Зависимость толщины диффузионного слоя:

а - от продолжительности насыщения;

б - от температуры;

в - концентрации диффундирующего элемента Межузельный механизм.

В этом случае атом перемещается внутри кристалла, Рис 2. Схема различных механизмов диффузии в металлах: 1 - циклический;

2 - обменный;

перескакивая из одного междоузлия в другое (рис. 2).

3 - вакансионный;

4 - межузельный;

5 – краудионный Миграция по междоузлиям возможна лишь в случае диффузии малых примесей атомов, образующих твердые Диффузия углерода, азота и бора протекает по растворы внедрения и при скачке сравнительно мало межузельному механизму диффузии за счет обмена атома с смещающих атомы растворителя из их узлов в решетке.

вакансией (рис. 2). Вакансионный механизм реализуется при Вакансионный механизм.

самодиффузии, и для совершения элементарного акта В любой кристаллической решетке, особенно при диффузии атом должен преодолеть энергетический барьер.

повышенных температурах, имеются вакансии. Вакансии Схемы элементарного акта диффузии по межузельному открывают путь для легкого осуществления процесса и вакансионному механизмам и потенциальная энергия диффузии за счет обмена атома с вакансией (рис. 2).

кристалла в зависимости от расположения Вакансионный механизм реализуется, при самодиффузии и 173 диффундирующего атома показаны на рисунках 3 и 4. флуктуаций, превышающих Q.

Максимальное значение энергии кристалла достигается в точке С (рис. 3). Увеличение энергии Ет при перемещении атома из одного междоузлия в соседнее вызвано появлением упругих напряжений, образующихся при "протаскивании" мигрирующего атома в узком пространстве между атомами растворителя.

При переходе от положения а в положение в атом должен "протиснуться" между атомами 2 и 3 (рис. 4). В промежуточном положении б атомы 2 и 3 раздвинуты, и в этом месте решетка обладает значительной упругой энергией. Поэтому промежуточному положению б соответствует более высокий уровень энергии, чем а и в.

Передвижению атома препятствуют также другие атомы, Рис 3. Схема элементарного акта диффузии по межузельному которые находятся в соседних атомных плоскостях выше и механизму и потенциальная энергия кристалла в зависимости от ниже показанной на рисунке 4. расположения диффундирующего атома.

Средняя тепловая энергия атомов Е значительно меньше Еm. Энергию, необходимую для преодоления барьера Время, в течение которого атом имеет энергию, Еm при переходе атома из одного положения в решетке в необходимую для преодоления барьера, пропорционально другое, принято называть ЭНЕРГИЕЙ АКТИВАЦИИ и ехр(- Q/RT).

обозначать буквой Q. Атом с одинаковой вероятностью может перейти в Для того чтобы диффузия стала возможной, нужна любое из равноценных соседних мест Z в ближайшей флуктуация энергии. Избыточная энергия приобретается координационной сфере (Z - координационное число). При атомом от его соседей благодаря тому, что атомы этом общая частота прыжков за счет флуктуации энергии в непрерывно обмениваются кинетической энергией. расчете на один атом будет равна:

В металле всегда найдется некоторое число атомов, fm = с z exp(-Q/RT), (1) обладающих повышенной или пониженной энергией где - частота колебания атомов (~10 Гц);

с (независимо от средних значений кинетической энергии коэффициент пропорциональности, близкий к единице. Из атомов). уравнения (I) видно, что величина fm экспоненциально Отдельные атомы, обладающие Е Q, могут зависит от температуры. С увеличением температуры преодолеть энергетический барьер и совершить скачок из колебания частиц в узлах решетки усиливаются, все большая одного положения равновесия в другое. их часть получает энергию, превышающую среднюю Вероятность перескока атомов из одного положения энергию теплового движения и достаточную для того, чтобы равновесия в другое fm определяется частотой появления они могли покинуть свое место в решетке и перейти в новое 175 положение. Так, например, при комнатной температуре атом подвижность атомов меньше. В твердых растворах углерода, диффундирующий в решетке железа по вычитания диффузионное перемещение также протекает с междоузлиям, совершает один прыжок за 25 с, а при 1545° С меньшей затратой энергии, чем в твердых растворах – 2·1011 прыжков за секунду. замещения, т.к. в них имеются готовые вакансии в избыточном количестве.

Диффузия в поликристаллических металлах протекает значительно интенсивнее, чем в монокристаллах. Это связано с тем, что диффузия является структурно-зависящим процессом и в значительной степени определяется наличием дефектов кристаллического строения металлов.

Все структурные дефекты, вакансии, границы зерен и субграницы, внешняя поверхность, дислокации и т.д.

оказывают влияние на диффузионную подвижность атомов.

При ХТО реализуется как объемная диффузия (в объеме каждого зерна), которая дает основной вклад в диффузионный поток, так и диффузия по границам зерен.

Диффузия по границам зерен происходит с гораздо большей скоростью, чем в объеме зерна. Это объясняется тем, что высокоугловые границы, независимо от их физической модели, содержат повышенную концентрацию вакансий и нарушений периодичности расположения атомов, что увеличивает вероятность атомных переходов и уменьшает энергию активации диффузии. Цементация стали.

Рис 4. Схема элементарного акта диффузии Цементацией называют процесс диффузионного насыщения по вакансионному механизму поверхностного слоя деталей углеродом.

Цель цементации - получение на поверхности детали На образование вакансии необходимо затратить высокой твердости и износостойкости в сочетании с вязкой энергию Q'. сердцевиной, что достигается обогащением поверхностного Энергия активации Q в этом случае складывается из слоя углеродом до концентрации 0,8 -1,0 % и последующей энергии активации миграции Q" и энергии образования закалкой и низким отпуском.

вакансии Q' (Q = Q' + Q"), а вероятность перескоков имеет Для цементации обычно используют вид: низкоуглеродистые стали, содержащие 0,1-0,18 % углерода.

f=czyexp(-Q'/RT)exp(-Q"/RT) (2) Для крупногабаритных деталей применяют стали с более Поэтому энергия при диффузии по вакансионному высоким содержанием углерода (0,2-0,3 %). Выбор таких механизму выше, чем по межузельному, а диффузионная 177 сталей необходим для того, чтобы сердцевина изделия, не и диффундирует в глубь металла. Энергия активации насыщенная углеродом при цементации, сохраняла высокую диффузии углерода в -железе достигает 17-20, а в -железе вязкость после закалки.


31-32 ккал/(ч-атом). Однако цементацию при температурах На цементацию поступают механически обработанные ниже точки AI не ведут вследствие малой растворимости детали с припуском на шлифование 0,05-0,10 мм. В случае углерода в -железе. Цементацию, как правило, проводят при необходимости упрочнения только части детали, участки, не температурах выше точки Ас3, обычно около 920-950° С, подлежащие упрочнению, защищают тонким слоем меди когда аустенит, растворяющий в больших количествах (0,02-0,04мм), которую наносят электролитическим углерод, устойчив. При цементации стали атомы углерода способом, или изолируют специальными защитными диффундируют в решетку -железа. По достижении, предела обмазками, состоящими из смеси огнеупорной глины, песка и насыщения аустенита углеродом, определяемого линией SE асбеста, замешанных на жидком стекле или другом на диаграмме Fe - Fe3C (рис. 5, а), на поверхности может связующем. Иногда применяют сплошную цементацию с образоваться сплошной слой цементита.

последующим удалением части цементованного слоя В реальных условиях цементации образование на механической обработкой, проводимой до закалки. поверхности слоя цементита наблюдается крайне редко.

Цементация в твердой среде и цементация в газовой Обычно при температуре цементации (выше точки Ас3) среде - это основные два вида цементации. Среда, диффузионный слой состоит только из аустенита, а после поставляющая углерод к поверхности детали, подвергаемой медленного охлаждения - из продуктов его распада - феррита цементации, называется КАРБЮРИЗАТОРОМ. и цементита. После цементации характерно неравномерное Цементация в твердом карбюризаторе производится в распределение углерода по сечению детали. Наружный слой специальных стальных ящиках, в которых детали содержит более 0,8 % углерода и имеет структуру укладываются попеременно с карбюризатором. Ящики заэвтектоидной стали - перлит и вторичный цементит, (рис.

закрываются крышками и замазываются огнеупорной глиной 5, б). Глубже лежит слой эвтектоидного состава с перлитной для предотвращения утечки газов. В качестве твердого структурой, а далее - слой с феррито-перлитной структурой.

карбюризатора используют дубовый или березовый За техническую глубину цементированного слоя древесный уголь и активизаторы ВаСО3 и Na2CO3 или СаСО3. обычно принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и Диффузия углерода в сталь возможна только, если половины переходной зоны (рис. 5).

углерод находится в атомарном состоянии, получаемом, В процессе цементации в твердом карбюризаторе при например, диссоциацией газов, содержащих углерод (СО, температуре 910-930° С за 5,5 - 6,5 часа образуется слой СН4 и др.). При цементации в твердом карбюризаторе толщиной 0,7-0,9 мм, а за 9-11 часов - 1,2-1,5 мм на активные атомы образуются в результате прохождения углеродистой стали 20.

реакций: Предельное содержание углерода на поверхности, 2 С +О2 2СО, ВаСО3+С ВаО + 2 СО, определяемое линией SE, тем больше, чем выше температура насыщения. С повышением температуры увеличивается 2 СО СО2 + С толщина слоя за данный отрезок времени.

Атомарный углерод адсорбируется поверхностью стали 179 Легирующие элементы неодинаково влияют на выдержки при высоких температурах стали приобретают коэффициент диффузии и концентрацию углерода в крупнозернистость, и это необходимо учитывать при поверхностном слое. назначении термической обработки. Целью термообработки является упрочнение поверхности с одновременным измельчением зерна и получением вязкой сердцевины.

В зависимости от назначения детали применяют различные варианты термической обработки (рис. 6).

Менее ответственные детали подвергают закалке непосредственно с цементационного нагрева с последующим низким отпуском (рис. 6, а). Крупное зерно аустенита, выросшее в результате длительной цементации, дает крупноигольчатый мартенсит отпуска в поверхностном слое и крупнозернистую феррито-перлитную структуру в сердцевине детали. Эти недостатки в некоторой степени устраняются при использовании наследственно мелкозернистой стали, при сокращении времени пребывания стали при высокой температуре за счет применения, например, газовой цементации. Использование подстуживания при закалке до 750 - 800° С снижает а б внутренние напряжения, а обработка холодом уменьшает Рис. 5. Изменение содержания углерода количество остаточного аустенита в цементированном слое.

и твердости (после закалки) При более высоких требованиях к структуре детали по глубине цементованного слоя после цементации подвергают охлаждению на воздухе, закалке с нагрева выше Ас3 и низкому отпуску (рис. 6, б).

Поэтому влияние их на глубину диффузионного слоя зависит При этом в сердцевине и на поверхности детали происходит от того, какой из этих двух факторов будет превалировать перекристаллизация и измельчение зерна. Однако в Хром и вольфрам уменьшают коэффициент диффузии поверхностном высокоуглеродистом слое происходит углерода в аустените, т.к. повышают энергию активации, но, некоторый перегрев, приводящий к повышению остаточного увеличивая концентрацию углерода на поверхности, аустенита и снижению твердости поверхности, т.к.

несколько повышают толщину цементированного слоя.

оптимальный закалочный нагрев заэвтектоидных сталей - это Никель, наоборот, увеличивает коэффициент диффузии, но нагрев выше Ac1, но ниже Аст.

уменьшает концентрацию углерода на поверхности и Особо ответственные детали после цементации поэтому уменьшает толщину слоя.

подвергают двойной закалке с низким отпуском (рис. 6, в).

После цементации обязательно проводят При первой закалке с температуры на 30-50° С выше Ас термообработку. При цементации из-за длительной 181 происходит перекристаллизация сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна, обеспечивающего мелкозернистость продуктов распада. Одновременно при этом цементитная сетка в поверхностном слое растворяется.

При нагреве под вторую закалку мартенсит, полученный после первой закалки, претерпевает отпуск, и при этом образуются глобулярные карбиды, увеличивающие твердость поверхностного заэвтектоидного слоя. При второй закалке, с температуры выше Ac1 на 30-50° С обеспечивает мелкое зерно в поверхностном слое. После такой термообработки поверхностный заэвтектоидный слой будет иметь структуру отпущенного мартенсита с включениями глобулярных карбидов. Структура сердцевины определяется химическим составом стали. При цементации углеродистой стали из-за низкой прокаливаемости сердцевина имеет феррито-перлитную структуру.

III. Методика и порядок выполнения работы Исследование влияния цементации на структуру и свойства углеродистой стали проводят на цилиндрических образцах диаметром 10 - 15 мм из стали 20, 45, 5ХНМ. При Рис. 6. Режимы термической обработки цементации твердым карбюризатором образцы помещают в после цементации стали ящик, заполненный древесным углем в зернах 3,5-10 мм, к которым добавляют активизаторы ВаСОз, и СаСОз. Рабочая смесь состоит из 20 - 25 % свежего карбюризатора, (20-25 % ВаСОз, 3,5 % СаСОз, древесный уголь - остальное) и 75 - % отработанного. Содержание ВаСОз, в такой смеси 5 - 7 %, что обеспечивает требуемую толщину слоя и исключает образование грубой цементитной сетки на поверхности.

Предварительно очищенные образцы укладывают на слой карбюризатора толщиной 20-30 мм, выдерживая расстояние между образцами и до боковых стенок ящика 10-15 мм. Затем засыпают и слегка уплотняют слой карбюризатора толщиной 183 10-15 мм, на него укладывают другой ряд образцов и т.д. вскрыть ящик и извлечь образцы;

Последний (верхний) ряд образцов засыпают слоем охладить образцы до комнатной температуры;

карбюризатора толщиной 35-40 мм с тем, чтобы произвести замеры твердости сердцевины и компенсировать возможную его усадку. Ящик накрывают поверхности, предварительно удалив слой 1,5 мм с торца крышкой, кромки которой обмазывают огнеупорной глиной. образцов;

После этого ящик помещают в печь, нагревают до провести закалку образцов (Тзак ~ 850 °С, тв - 20мин, температуры цементации (910-930 °С) и выдерживают при вода, для стали 5ХНМ - масло);

этой температуре 4-6 часов. После цементации ящик очистить образцы и замерить твердость на приборе охлаждают на воздухе до 400-500° С и раскрывают. Образцы Роквелла;

охлаждают до комнатной температуры в воде. Нагрев ящика изготовить шлифы образцов;

и образцов при последующей закалке проводят в муфельных протравить шлифы 4%-м раствором HNO3 в спирте;

печах МП-2У. Твердость измеряют на приборах Роквелла и измерить толщину цементованного слоя с помощью Бринелля. Структуру стали изучают на микроскопе МИМ-7 микроскопа МИМ-7.

при увеличении 100-500 раз. Перед цементацией определяют твердость на приборе Бринелля, после цементации и V. Отчет о работе последующей закалки - на приборе Роквелла.

Перед выполнением работы необходимо тщательно Цель работы.

изучить инструкцию, по технике безопасности работы в 1. Краткие сведения из теории.

термической лаборатории. Работа с печами осуществляется 2. Краткое описание порядка проведения работы и только в присутствии лаборанта и преподавателя. Настоящая процессов, протекающих на отдельных этапах ТО и ХТО.

лабораторная работа проводится после изучения работы 3. Экспериментальные результаты в виде таблицы:

"Исследование влияния термической обработки на свойства углеродистой стали". Твердость Твердость после цементации до ХТО, НВ Толщина слоя, мм до закалки после закалки IV. Содержание работы поверхность поверхность Определить твердость образцов из сталей 20, 45, 5ХНМ сердцевина сердцевина Материал до проведения цементации:

загрузить образцы в ящик с карбюризатором;

закрыть ящик крышкой и обмазать кромки глиной;

загрузить ящик в печь;

HRC, HRC, HRC, HRC, выдержать при температуре 910-930° С 4-5 часов;

НВ НВ извлечь ящик из печи;

охладить на воздухе до 400° С;

185 VI. Контрольные вопросы 1. Что такое химико-термическая обработка?

2. Преимущества химико-термической обработки (ХТО) перед термической обработкой (ТО).


3. Назовите основные стадии ХТО.

4. Чем определяется скорость насыщения?

5. Как влияет температура на скорость адсорбции?

6. Чем завершается третья стадия ХТО?

7. Что такое энергия активации диффузии?

8. Назовите возможные механизмы диффузии.

9. В каких случаях реализуется междоузельный механизм диффузии?

10. Какой из механизмов диффузии является наиболее вероятным?

11..В чем суть вакансионного механизма диффузии?

12. Назовите основные методы насыщения, применяемые при ХТО.

13. Каковы основные преимущества технологии насыщения из паст?

14. Назначение цементации.

15. Какие стали применяются для цементации?

16. Перечислите основные среды для цементации.

17. Для чего необходима термическая обработка после цементации?

18. Какие режимы термической обработки применяют после цементации 19. Что принимают за толщину цементированного слоя?

20. Какова структура и толщина цементированного слоя?

21. Какие свойства приобретают стали после цементации?

22. Назовите параметры (температура, время) цементации.

Лабораторная работа ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХОЛОДНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И РЕКРИСТАЛИЗАЦИИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛИ Цель работы - исследовать влияние холодной пластической деформации на структуру и твердость углеродистой стали, а также влияние температуры нагрева на структуру и твердость холоднодеформированной стали. Рис.1. Структура стали Различают упругую и пластическую деформацию. а – до деформации;

б - после холодной пластической деформации Упругая деформация - это деформация, исчезающая после снятия нагрузки. Под действием приложенной нагрузки происходит незначительное смещение атомов или поворот КС, блоков кристалла. После снятия нагрузки атомы возвращаются в исходное положение. Деформация исчезает, форма и размеры тела восстанавливаются.

Пластическая деформация - это деформация, остающаяся после снятия нагрузки. При пластической деформации происходит искажение кристаллической решетки, дробление зерен, увеличение плотности дислокации. Одновременно происходят поворот и скольжение новых зерен в положение, благоприятное для деформирования, и они вытягиваются в направлении интенсивного течения металла, образуется кристаллографическая текстура (рис. 1).

Таким образом, в процессе холодной пластической деформации изменяется структура стали, а, следовательно, и свойства: прочность, твердость, электросопротивление, коэрцитивная сила повышаются, а Рис. 2. Графики влияния холодной пластической I деформации на механические свойства низкоуглеродистой стали пластичность, электропроводность, теплопроводность, магнитная проницаемость уменьшается (рис. 2).

188 Изменение структуры и свойств стали при холодной На этой стадии рекристаллизации наклеп пластической деформации называется наклепом или практически полностью снимается, и свойства нагартовкой. Деформированный металл по сравнению с приближаются к исходным значениям. Разупрочнение недеформированным имеет повышенный запас энергии и объясняется снятием искажения решетки и резким уменьшением плотности дислокаций с 1010 -1012 см2 до находится в неравновесном, термодинамически 106-108 см2.

неустойчивом состоянии, так как часть энергии, затраченной на пластическую деформацию, остается в Наименьшая температура, при которой начинается металле. В таком металле даже при комнатной температуре процесс рекристаллизации, называется температурным могут самопроизвольно протекать промессы, приводящие порогом рекристаллизации (Тп.р.). Температура начала его в более устойчивое состояние. При нагреве скорость рекристаллизации зависит от природы металла, наличия этих процессов возрастает. Небольшой нагрев (0,2-0,3) Тпл. примесей и легирующих элементов, а также степени ведет к снятию напряжения кристаллической решетки, но пластической деформации. При высокой степени микроструктура остается без видимых изменений, хотя деформации порог рекристаллизации составляет:

плотность дефектов несколько уменьшается. Такое для технически чистых металлов – 0,4 Тпл;

частичное восстановление свойств (снижение упрочнения для твердых растворов – (0,5–0,7) Тпл.

на 20-30%) называется возвратом или отдыхом. Для полного снятия наклепа металл нагревают до При нагреве до более высокой температуры температуры на 150-2000 С выше, чем Тп.р., чтобы подвижность атомов возрастает и при достижении обеспечить высокую скорость рекристаллизации и полноту определенной температуры на границах зерен, т.е. на ее протекания. Такая обработка называется участках с повышенной плотностью дислокации и рекристаллизационным отжигом.

наиболее искаженной кристаллической решеткой После завершения первичной рекристаллизации в зарождаются и начинают расти новые равновесные зерна процессе последующего нагрева происходит рост одних (рис. 3.) рекристаллизованных зерен за счет других. Такой рост Явления, связанные с восстановлением равновесной зерен называют собирательной рекристаллизацией.

структуры и физико-механических свойств пластически Основной причиной собирательной рекристаллизации деформированного металла, называется является стремление системы к уменьшению рекристаллизацией. Рекристаллизация - процесс зернограничной поверхностной энергии благодаря диффузионный. Различают две стадии рекристаллизации: уменьшению границ при росте зерна.

первичная рекристаллизация и собирательная Размер зерна после рекристаллизации оказывает большое рекристаллизация. Образование новых равноосных зерен влияние на свойства металла. Наилучшее сочетание взамен ориентированной волокнистой структуры прочности и пластичности наблюдается в деформированного металла, называется первичной мелкозернистых сталях. Величина зерна после рекристаллизацией. рекристаллизации зависит от состава сплава, величины пластической деформации, температуры рекристаллизационного отжига и продолжительности процесса отжига.

Тп.р.) и горячую (Тобр. Тп.р.). При холодной пластической деформации материал упрочняется, процесс идет с наклепом. При горячей пластической деформации материал уплотняется (завариваются поры, газовые пузыри, раковины. Упрочнения металла не происходит, наклеп не наблюдается.

Оборудование и приборы, учебно-наглядные пособия и ТСО В работе используются:

образцы из низкоуглеродистой стали (сталь 10, сталь15, сталь 20, 10-15 мм ;

Н =15 мм) - 8 шт.;

муфельные печи - 4 шт.;

твердомер Роквелла - 2 шт.;

металлографические микроскопы - 4 шт.;

штангенциркуль - 2 шт.;

коллекция микрошлифов исследуемой стали - Рис. 3. Влияние нагрева на структуру и механические комплект;

свойства стали фотографии микроструктур – альбом;

При очень малой деформации нагрев не вызывает кинофрагмент "Рекристаллизация металлов" - 2 части.

рекристаллизации. При деформации 3–15% величина зерна после рекристаллизационного отжига резко возрастает и Методика исследований может во много раз превысить размер исходного зерна.

Образцы из низкоуглеродистой стали предварительно Такую степень деформации называют критической – это подвергаются холодной пластической деформации (осадка) минимальная степени деформации, выше которой при на различную величину – = 25;

= 50;

= 75% (по нагреве становится возможным протекание процесса усмотрению преподавателя величина деформации может первичной рекристаллизации. Поэтому для металла, быть изменена). Деформацию проводят на пневматическом подвергающегося рекристаллизационному отжигу в молоте или прессе.

процессе производства деталей, следует избегать Пластически деформированные образцы со степенью пластических деформаций ниже критической.

= 75% нагревают до температур 400-700° С в муфельных В процессе производства деталей путем пластического печах, выдерживаются при заданной температуре 15- деформирования (различные виды обработки давлением) мин. и охлаждаются на воздухе. Твердость измеряется в различают холодную пластическую деформацию (Тобр.

192 исходном состоянии, после каждой степени деформации и 4. Провести рекристаллизационный отжиг образцов с после каждого варианта нагрева. = 75% при следующих температурах: 400, 500, 600, 700°С в Изучается микроструктура стали до пластической течение 15-20 мин и охладить на воздухе.

деформации, после холодной пластической деформации с 5. Зачистить образцы и измерить твердость на приборе различной степенью и после рекристаллизационного Роквелла и результаты занести в таблице 2.

отжига.

Таблица Порядок выполнения работы 1.Определить высоту образца при заданных № образцов Температура Твердость HRC отжига, 0С значениях относительной степени пластической (HRB) деформации (табл. 1) по формуле: 1 2 = Н0 – Н1/Н0 *100%, 3 4 где - пластическая деформация, %;

Н0 - высота образца до деформации, мм;

6. По данным таблицы 2 построить график влияния Н1- высота образца после деформации, мм.

температуры отжига на твердость 2.Измерить твердость образцов на приборе Роквелла холоднодеформированных образцов стали.

(шарик 1,58 мм или алмазный конус). Результаты Определить порог рекристаллизации "Тп.р." и измерений занести в таблицу 1.

температуру полной рекристаллизации образца.

Рассчитать температуру полной рекристаллизации Таблица низкоуглеродистой стали по формуле Бочвара:

Тр = 0,4 Тпл..

№ образцов Высота образца, % Твердость HRC (HRB) и сравнить с полученными данными.

1 - 7. Исследовать структуры образцов:

2 25 до пластической деформации;

3 после холодной пластической деформации с = 75%;

4 после рекристаллизационного отжига при 400° С и 700° С;

зарисовать структуры образцов;

3. По данным таблицы 1 построить график 8. Сделать выводы по работе и составить отчет.

влияния степени пластической деформации на твердость стали.

194 Лабораторная работа Ж+ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ A ТЕРМООБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ДУРАЛЮМИНА Цель работы: изучить влияние условий Tзак.

термообработки - на структуру и свойства дуралюмина.

Для выполнения работы студент должен знать:

+тв.

классификацию алюминиевых сплавов, состав, термообработку, свойства и область применения дуралюминов.

тв.р +CuAl Сведения из теории.

В автомобильной технике из цветных сплавов широкое применение находят сплавы на основе алюминия. Они D обладают малой и массовой плотностью, достаточной прочностью и коррозионной стойкостью, высокой электро Рис.1. Основные виды термообработки дуралюминов:

и теплопроводностью. В большинстве своем алюминиевые закалка, старение, и отжиг.

сплавы представляют собой ограниченные твердые растворы переменной растворимости. С повышением При закалке получается неравновесный пересыщенный температуры растворимость компонентов в основе сплава твердый раствор меди в алюминии. С течением времени увеличивается, что обуславливает возможность упрочнения закаленный дуралюмин испытывает структурные его путем термической обработки. По своим превращения (старение), приводящие к его упрочнению.

технологическим свойствам алюминиевые сплавы делятся На рисунке 1.показана часть диаграммы состояния Al – на деформируемые и литейные. Из деформируемых Cu (DF – линия переменной растворимости). При наибольшее применение получили дуралюмины, комнатной температуре сплав имеет структуру, состоящую представляющие собой тройную систему Al – Cu – Mg (Д1, из -твердого раствора и вторичной фазы Cu Al2. В Д16, Д18 и т.д.).

результате нагрева под закалку дуралюмина до t = 500±50 С Рассмотрим термообработку на примере дуралюмина и выдержке при этой температуре происходит растворение Д16, который широко используется как конструкционный вторичных фаз и получается однородный -твердый материал. Его состав: Al – основа, Cu – 3,8 – 4,8%, Mg – 1%.

раствор. При быстром охлаждении в воде медь не успевает Термическая обработка дуралюмина с целью выделиться из кристаллической решетки раствора, в упрочнения состоит из закалки и последующего старения.

результате получается пересыщенный неравновесный 196 твердый раствор меди в алюминии. Состояние такого На третьей стадии завершается образование вторичной фазы CuAl2 (’-фазы), решетка которой отделяется от сплава термодинамически неустойчиво, и с течением решетки -твердого раствора. Искажения решетки времени происходит старение дуралюмина, сопровождающееся изменением структуры и механических твердого раствора устраняются, и прочность сплава свойств. значительно снижается, поэтому третья стадия старения Старение, протекающее при комнатной температуре, недопустима. Следовательно, искусственное старение называется естественным, а при повышенной температуре - требует соблюдения режима процесса по температуре и искусственным. времени. Наиболее высокий комплекс механических При естественном старении на определенных свойств дуралюмин имеет в результате закалки в воде с t = кристаллографических плоскостях решетки -твердого 500° С с последующим естественным старением. Влияние раствора выделяется избыточная медь, образуются так температуры и времени искусственного старения на называемые зоны Гинье-Престона. Появление этих зон механические свойства показано на рисунке 2.

приводит к искажению кристаллической решетки - Температура закалки оказывает существенное влияние на механические свойства (рис. 3). Недогрев до твердого раствора, вследствие чего сплав упрочняется.

оптимальной температуры приводит к неполному Например, свежезакаленный дуралюмин имеет в = растворению вторичных фаз, что снижает эффект 250МПа. Продолжительность естественного старения – упрочнения при последующем старении сплава. Перегрев несколько суток.

ведет к оплавлению по границам зерен и их окислению, при Искусственное старение проводят при С = 100 - 175° С в этом прочность и пластичность резко падают.

течение нескольких часов. С повышением температуры Отжиг дуралюмина проводится с целью старения диффузионные процессы ускоряются и старение восстановления структуры и механических свойств после проходит более интенсивно. Процесс искусственного холодной пластической деформации (наклепа), а также с старения можно разбить на три стадии.

целью разупрочнения дуралюмина после закалки и На первой стадии образуются зоны Гинье-Престона, старения. При отжиге дуралюмин нагревают до тем как и при естественном старении, но размеры зон пературы 3500-370° С, что приводит к полному распаду значительно больше, а их количество - меньше. В пересыщенного твердого раствора и выпадению вторичных результате искажается меньшее число кристаллов, чем при фаз CuAl2, CuMgAl2 и др. При этом прочность и твердость естественном старении. Поэтому упрочнение при сплава снижается, а пластичность повышается.

искусственном старении не достигает уровня упрочнения Микроструктура Д16 в различных состояниях описана в при естественном старении.

таблице 1.

На второй стадии из выделявшейся меди образуется соединение, близкое по составу CuAl2 (’-фазы), решетка Оборудование и приборы, учебно-наглядные пособия В работе используются:

которого когерентно связана с кристаллической решеткой муфельные печи СНОЛ 1,6. 2,5. 1/9-43;

-твердого раствора.

198 в, твердомер Роквелла ТК-24М;

металлографический микроскоп МИМ-7.

Таблица 1.

Термическая обработка и микроструктура дуралюмина.

Состояние образца Микроструктура Закалка с t = 3500 С Зерна -твердого раствора (недогрев) и состарен меди в алюминии + некоторое количество вторичной фазы (CuAl2, CuMgAl2 и др.) Закален с t = 5000 С и Зерна -твердого раствора состарен меди в алюминии.

Закален с t = 5500 С Зерна -твердого раствора (перегрев) и состарен меди в алюминии. Зерна укрупнены, а по границам окислены и оплавлены.

T0 C Отожжен при t = 350-3700 Зерна -твердого раствора С меди в алюминии + вторичные фазы (CuAl2, CuMgAl2 и др.) Рис.3. Влияние температуры закалки на свойства дуралюмина.

в, МПа Методика исследований:

1. Влияние температуры и времени искусственного старения на механические свойства дуралюмина оценивается по твердости. С этой целью используются цилиндрические образцы, которые 200 предварительно нормально закалены с t = 5000 C в воде.

Образцы подвергаются искусственному старению при различных температурах и времени старения. Твердость измеряется на приборе Роквелла по шкале «В» или по методу Бринелля. Между твердостью и прочностью для дуралюмина существует эмпирическая зависимость:

в = 0,37 * НВ, где НВ – твердость по Бринеллю.

Рис.2. Влияние температуры и времени старения 2. Влияние отжига на механические свойства на прочность дуралюмина. оценивается по значению твердости цилиндрического образца до и после отжига. 3. Изучить структуру образцов дуралюмина в различных состояниях.

3. Изучение микроструктуры образцов Д16 в различных состояниях проводится на металлографическом 4. Сделать выводы по работе и оформить отчет.

микроскопе.

В выводах объяснить влияние температуры закалки и режима старения на структуру и свойства дуралюмина.

Порядок выполнения работы и содержание отчета.

1. Исследовать влияние температуры и времени Вопросы для контроля старения на твердость дуралюмина. С этой целью:

1. Дуралюмины: состав, термообработка, применение.

9 образцов сплава Д16 подвергают закалке с 5000 С в воде.

Затем на двух образцах измеряется твердость НRB после 2. Закалка дуралюмина: цель, условия проведения, закалки;

по 3 закаленных образца помещают в печь для изменение структуры и свойств.

искусственного старения на 5, 10, 15 мин после 3. Старение дуралюмина: цель, сущность естественного соответствующих выдержек измеряется твердость по старения, изменение структуры и свойств.

Роквеллу. Полученные значения твердости сводятся в 4. Стадии искусственного старения дуралюминия.

таблицу 2. 5. Влияние температуры закалки на структуру и Таблица 2. свойства закаленного и состаренного дуралюмина.

6. В чем состоит термообработка дуралюмина, Температура Твердость HRB при времени выдержки, обеспечивающая наибольшую прочность?

старения, 0 С мин.

7. Отжиг дуралюмина: цель, условия проведения, 5 10 изменение структуры и свойств.

По результатам таблицы построить графики зависимости твердости образцов от времени старения.

2. Исследовать влияние отжига на твердость дуралюмина. Для чего:

измерить твердость нормально закаленного и состаренного цилиндрического образца;

поместить его в печь с t = 3700 С на 30 мин и затем медленно охладить (можно на спокойном воздухе);

измерить твердость образца после отжига.

202 обработки и др.).

ЗАДАЧИ ПО РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО При решении задач, при указании структуры и свойств ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ выбранных сплавов рекомендуется использовать ГОСТы и КОНСТРУКЦИОННЫХ, ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ следующие учебники и справочники:

И СПЕЦИАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ.

1. Бутыгин В.Б. Металловедение. Барнаул: АлтГТУ, 1998.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ 2. Гуляев Ю.М. Металловедение. М.: Металлургия, 1989.

ЗАДАЧ 3. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.:

Решение задач предусматривает обоснованный выбор Металлургия, 1983.

сплава и его обработки, при использовании которых 4. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. М.:

обеспечиваются надежность и стойкость деталей в условиях Металлургия, 1989.

5. Материалы в машиностроении. Т. 1-5. М.: Машиностроение, 1969 эксплуатации, указанных в каждой отдельной задаче. В 1970.

задачах приведены более типичные условия использования 6. Сорокин В.Г. Марочник сталей и сплавов. М.:

изделий, имеющие место в разных отраслях Машиностроение, 1989.

промышленности. Кроме того, в задачах сформулированы Пример решения задачи.



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.