Лабораторная работа №2 Изучение термической обработки углеродистой стали. Закалка и отпуск стали.
учебно-методическое пособие

Лабораторная работа №2  (2)  Изучение термической обработки

    углеродистой стали. Закалка и отпуск стали.

1. Наименование темы - Тема 1.3. Обработка деталей и основных материалов.

2. Объем учебного времени, отведенный на лабораторную работу- 2 часа.

3.Наименование темы лабораторной работы – Изучение термической обработки

    углеродистой стали. Закалка и отпуск стали.

4. Цель  лабораторной работы – Научиться выбирать вид и режим термической обработки. Уметь обосновать выбранный вид термической обработки.

 В процессе выполнения практической работы обучающийся должен уметь:

- выполнять схему графика термической обработки;

- выбирать вид и режим термической обработки;

- уметь обосновать выбранный вид термической обработки.

5. Перечень необходимых средств обучения – Метод.ук.к вып.ПР, перс.компьютер, телевизор, плакаты, приложения, чертёжные принадлежности.

6. Требования по теоретической готовности обучающихся к выполнению лабораторной работы.

Для выполнения лабораторной работы обучающийся должен изучить следующие вопросы:

доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные стали, диаграмма железо - углерод и её критические точки, термические способы обработки стали.

7. Содержание задания

Задание 1

Выполнить схему графика термической обработки.

Задание 2

Выбрать вид и режим термической обработки для углеродистой стали.

Изучение вида и режима термической обработки для углеродистой стали. 

Термической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры.

Термическая обработка используется в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости резанием, давлением и др. и как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень физико-механических свойств детали.

Основными факторами любого вида.термической обработки являются температура, время, скорость нагрева и охлаждения. Режим термообработки обычно представляется графиком в координатах температура — время (t — τ) (рис. 13). Скорость нагрева и охлаждения характеризуется углом наклона линий на графике.

Виды термической обработки стали

Различают три основных вида термической обработки металлов:

— собственно термическая обработка, которая предусматривает только температурное воздействие на металл;

— химико-термическая обработка, при которой в результате взаимодействия с окружающей средой при нагреве меняется состав поверхностного слоя металла и происходит его насыщение различными химическими элементами;

— термомеханическая обработка, при которой структура металла изменяется за счет термического и деформационного воздействия.

Основные виды собственно термической обработки стали:

— отжиг первого рода — нагрев, выдержка и охлаждение стального изделия с целью снятия остаточных напряжений и искажений кристаллической решетки после предшествующей обработки;

— отжиг второго рода — нагрев выше температуры фазового превращения и медленное охлаждение, для получения равновесного фазового состава стали;

— закалка — нагрев выше температур фазового превращения с последующим быстрым охлаждением для получения структурно неравновесного состояния;

   — отпуск — нагрев закаленной стали ниже температур фазовых превращений и охлаждение для снятия остаточных напряжений после закалки. Если отпуск проводится при комнатной температуре или несколько ее превышающей, он называется старением.

Влияние термической обработки на механические свойства стали

Для обоснования выбранного вида термической обработки необходимо знать, что термическая обработка проводится для изменения механических свойств стали (прочности, твердости, пластичности, вязкости). Эти свойства зависят от структуры стали после термической обработки.

После отжига, отпуска, нормализации (отпуск с охлаждением на воздухе) структура стали состоит из пластичного феррита и цементита, обладающего высокой твердостью и хрупкостью. Включения карбидов оказывают упрочняющее действие на стали. При малом числе цементитных включений стали пластичны и имеют невысокую твердость. Измельчение частиц цементита при термической обработке приводит к упрочнению стали. При укрупнении частиц цементита увеличивается способность стали к пластической деформации.

После закалки структура стали состоит из мартенсита и остаточного аустенита. Твердость определяется твердостью мартенсита и его количеством. Пластичность закаленной стали зависит не только от содержания мартенсита, но и от его дисперсности (размера игл).

Твердость стали зависит от температуры изотермического распада аустенита. Чем ниже температура изотермического распада аустенита, тем выше дисперсность перлитных фаз и вследствие этого выше твердость стали.

Заключительной операцией термической обработки является отпуск. При отпуске стальное изделие приобретает свои окончательные свойства. Чем выше температура отпуска, тем ниже прочность и выше пластичность стали. Наибольшая пластичность соответствует  отпуску при температуре 600—650 °С.

Механические свойства стали после закалки и высокого отпуска оказываются выше по сравнению с отожженной или нормализованной сталью.

Двойная термическая обработка, состоящая в закалке  с последующим высоким отпуском, ведущая к существенному улучшению общего комплекса механических свойств, называется улучшением и является основным видом термической обработки конструкционных сталей.

8. Контрольные вопросы

1. Что называется термической обработкой металлов?

2. Назовите виды термической обработки стали.

3. Какие структурные превращения происходят при термической обработке стали?

4. С какой целью проводится термическая обработка сталей?

5. Какая структура обеспечивает высокий комплекс механических свойств стали после термической обработки?