- •Лабораторные работы по курсу «Материаловедение и технология конструкционных материалов» Лабораторная работа №1
- •Механические испытания
- •1. Метод Бринеля
- •2. Метод Роквелла
- •5. Определение характеристик прочности и пластичности
- •Протокол испытаний на растяжение
- •Лабораторная работа №2
- •Определение температуры нагрева стали под закалку
- •Определение скорости охлаждения при закалке стали
- •Определение свойств и структуры стали после отпуска
- •Задание
- •Данные измерений токарного проходного резца
- •Лабораторная работа №4 Изучение кинематической схемы токарно-винторезного станка и определение элементов режима резания
- •Задание
- •Лабораторная работа №5 Определение свойств сварочной дуги
- •Задание
- •Опытные и расчетные значения напряжения дуги
- •Лабораторная работа №6 Изучение устройства и определение характеристик сварочного источника питания дуги
- •Задание
Определение скорости охлаждения при закалке стали
Охлаждение – заключительный этап термической обработки-закалки и поэтому наиболее важный. От скорости охлаждения зависит образование структуры, а значит, и свойства образца.
Если раньше переменным фактором была температура нагрева под закалку, то теперь скорость охлаждения будет разная (в воде, в соленой воде, на воздухе, в масле и с печью).
С увеличением скорости охлаждения растет и степень переохлаждения аустенита, понижается температура распада аустенита, число зародышей увеличивается, но вместе с тем замедляется диффузия углерода. Поэтому феррито-цементитная смесь становится более дисперсной, а твердость и прочность повышаются. При медленном охлаждении (с печью) получается грубая смесь Ф+Ц, т.е. перлит, это отжиг второго рода, с фазовой перекристаллизацией. При ускоренном охлаждении (на воздухе) – более тонкая смесь Ф+Ц – сорбит. Такая обработка называется нормализацией.
Закалка в масле дает тростит – высокодисперсную смесь Ф+Ц.
Твердость этих структур растет с дисперсностью смеси (НВ=2000÷4000 МПа). Эти структуры можно получить и способом изотермической закалки.
Рассматривая термокинетическую диаграмму, т.е. диаграмму изотермического распада аустенита вместе с векторами скоростей охлаждения, видим, что увеличивая скорость охлаждения, можно получить тростит вместе с мартенситом закалки. Если скорость охлаждения больше критической, получим мартенсит закалки и остаточный аустенит, избавиться от которого можно, если охладить сталь до температуры ниже линии окончания мартенситного превращения (Мк).
У мартенсита объем больше, чем у аустенита, поэтому при закалке на мартенсит появляются не только термические, но и структурные напряжения. Форма детали может исказиться, в ней могут появиться микро- и макротрещины. Коробление и трещины неисправимый брак, поэтому сразу же после закалки на мартенсит следует производить нагрев детали для снятия напряжений и стабилизации структуры, такая операция термической обработки называется отпуском.
После закалки образцов, изучения микроструктур и определения твердости строятся графики зависимости твердости от содержания углерода. Чем больше углерода в аустените стали перед закалкой, тем более искаженной получается решетка мартенсита (с большей степенью тетрагональности) и поэтому выше твердость
Сталь с содержанием 0,2%С не принимает закалку, так как кривые изотермического распада аустенита вплотную приближаются к оси ординат. Даже очень большая скорость охлаждения не дает мартенсита, так как аустенит начнет раньше распадаться на смесь Ф+Ц. Поэтому сталь закаливают, если углерода более 0,3%С, поскольку углерод сдвигает вправо кривые изотермического распада аустенита, уменьшая тем самым критическую скорость закалки.
Определение свойств и структуры стали после отпуска
Полученный после закалки мартенсит обладает большой твердостью и прочностью, но низкой пластичностью и вязкостью. Это объясняется большими внутренними напряжениями, которые бывают термическими (перепад температуры, резкое охлаждение) и структурными (объем мартенсита больше, чем аустенита, сорбита, тростита и перлита). После закалки необходимо сразу производить отпуск, т.е. нагрев до определенных температур, выдержку и охлаждение. При этом снижаются напряжения, меняется структура и свойства стали. Температура отпуска выбирается ниже Ас1,чтобы сохранить эффект упрочнения при закалке. Различаются низкий отпуск (150-2000С), средний (350-4500С) и высокий (500-6500С).
Если при низком отпуске снижаются напряжения, уменьшается искаженность (тетрагональность) решетки мартенсита и она снова становится кубической, остаточной аустенит переходит в мартенсит кубический, то при среднем и высоком отпуске происходит распад мартенсита на смесь Ф+Ц.
После низкого отпуска твердость и прочность остаются на высоком уровне (НRC 58-63). Режущий и измерительный инструмент, детали после химико-термической обработки (цементации) подвергают низкому отпуску.
1. Определение наилучшей температуры закалки для стали с содержанием 0,4% углерода – доэвтектоидная сталь – и с содержанием 1,0% углерода – заэвтектоидная сталь.
Таблица 2.1
Протокол испытаний на твердость после закалки в воду
-
НВ после
отжига
НВ после закалки, 0,4%С
НВ после закалки, 1,0%С
0,4%С
1,0%С
t=7600C
T=8400C
T=10000C
T=7600C
T=8400C
T=10000C
НВ
t0C
Рис. 2.1 График зависимости твердости стали от То закалки и % сод. углерода
2.Определение наилучшей скорости охлаждения стали с содержанием углерода 0,4%.
Скорости охлаждения в разных средах (перевод в lg координаты)
Vпечь=10С/с; lg1=0;
Vвоздух=150С/с; lg15=1,2;
Vмасло=1500С/с; lg150=2,2;
Vвода=6000C/c; lg600=2,8;
Vсолен..вода=10000С; lg1000=3.
Таблица 2.2
Протокол испытаний твердости после охлаждения
в различных средах. Схема микроструктур
Печь |
Воздух |
Масло |
Вода |
Соленая вода
|
х |
х |
х |
х |
х |
НВ= |
НВ= |
НВ= |
НВ= |
НВ= |
|
|
|
|
|
НВ
1 2 3 → lgV
Рис. 2.2 График зависимости твердости
от скорости охлаждения в разных средах
3.Определение структуры и твердости стали с содержанием углерода 0,4% от темп. отпуска, после закалки в воде с температуры 8400С.
Таблица 2.3
Схемы структур и твердость
t0C отпуска |
2500С |
4500С |
6500С |
НВ |
|
|
|
Увеличение |
х |
х |
х |
Схемы структур
|
|
|
|
Описание структур |
|
|
|
НВ
250 450 650
t0C отпуска
Рис. 2.3 График зависимости твердости
от температуры отпуска стали
Выводы:
Лабораторная работа №3
Изучение конструкции и определение геометрических параметров токарных резцов.
Развитие техники привело к необходимости изготовления более точных поверхностей сопряженных деталей с минимальной шероховатостью. Эти требования могут быть выполнены только обработкой резанием, несмотря на прогресс в литейном производстве, обработке давлением, сварке и наплавке, получении все более точных заготовок. Чаще всего заключительной операцией технологического процесса изготовления или ремонта детали является резание с помощью металлорежущих инструментов. Общим для всех инструментов является клин - заостренная рабочая часть - непосредственно отделяющий слой металла. Другая часть инструмента - это державка, хвостовик, связка, с помощью которых инструмент закрепляется в резцедержателе, патроне, на валу и Т.П.
Токарный резец наиболее показателен как в отношении конструкции, так и по своей геометрии. К геометрическим параметрам токарного проходного резца относятся поверхности - передняя, главная и вспомогательная задние, главная и вспомогательная режущие кромки, вершина резца. Резец затачивают под определенными углами, расположенными в прямоугольной системе координат, где различают плоскости - основную, резания, а также секущие - главную и вспомогательную. На заготовке различают поверхности - обработанную, обрабатываемую и резания.
Углы определяют, когда ось резца перпендикулярна линии центров станка, а вершина резца расположена на этой линии. Геометрия токарного проходного резца соответствует геометрическим параметрам любого другого режущего инструмента и играет роль в достижении необходимого качества обработки. Помимо этого, углы резца влияют на процесс резания и долговечность инструмента.
Резец работает при одновременном воздействии статических и динамических нагрузок, высокой температуры, трения и изнашивания. Поэтому к нему предъявляют требования по прочности при изгибе, растяжении, сжатии, кручении, ударной вязкости, тепло - и износостойкости. Твердость рабочей части резца должна значительно превосходить твердость заготовки. В зависимости от условий работы применяют разные инструментальные материалы - углеродистые и легиpoванныe стали, твердые сплавы на основе карбидов вольфрама, титана и тантала, композиционные на основе нитрида бора, керамические на основе оксида алюминия, а также абразивные - естественные (наждак, алмаз, корунд, кварц) и искусственные (химические соединения - электрокорунд, карбиды бора, кремния, оксид хрома, синтетический алмаз). При конструировании инструментов стали применять механическое крепление цельных двухслойных круглых и многогранных режущих пластин. Поликристаллы алмаза впаивают во вставки и закрепляют их механическим способом в инструментах.