21

Міністерство освіти і науки України

Національна металургійна академія України

Кафедра термічної обробки металів

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни «Теоретичні основи технологічних процесів термічної обробки металів»

на тему:

«Визначення типу і параметрів термічної обробки сплаву Fe+0,25%C»

Виконавець: ст. гр. МТ-08 Залепа Д. С. Керівник: Соболенко М .А.

Захищена з оцінкою __ __________ 2011р.

Дніпропетровськ 2011

Завдання на курсову роботу:

1. Об'єкт термічної обробки: сплав Fe+0,25%C.

2. Для вказаного сплаву визначити:

   1. Можливі типи термічної обробки з використанням фазових перетворень.

   2. Температурно-часові параметри режимів термічної обробки за пунктом 2.1.

   3. Побудувати схеми графіків режимів термічної обробки за пунктом 2.2.

   4. Дати теоретичне обґрунтування призначених типів термічної обробки та їх режимів.

3. Вихідні дані:

   1. Діаграма фазових станів сплавів Fe-C.

   2. Кінетичні діаграми розпаду переохолодженого аустеніту або узагальнені графіки, побудовані на базі аналізу системи кінетичних діаграм.

   3. Графік залежності положення по шкалі температур інтервалу мартенситного перетворення в залежності від вмісту в сплаві вуглецю.

   4. Практичне призначення виробів, виготовлених зі сплаву Fe-C заданого вмісту.

   5. Література.

      1. Рекомендована по дисципліні.

      2. Методичні вказівки по курсовій роботі.

      3. Конспект лекцій з дисципліни.

РЕФЕРАТ

У даній курсовій роботі проводиться визначення типів та температурно-часових параметрів термічної обробки сплаву Fe+0,25%C. У ході роботи визначається, що для обробки конструкційної, доевтектоїдної сталі Fe+0,25%C, потрібно застосувати наступні типи термічної обробки: нормалізація, повне гартування та низький відпуск в межах температурного інтервалу 1470 - 280°C за схемами графіків термічної обробки, зображених на рис.6-8.

Ключові слова: термічна обробка, фазове перетворення, відпалювання, гартування, аустеніт, цементит, мартенсит, ферит, відпуск.

Прийняті позначення, символи, скорочення.

СО – структурна обробка.

ТО – термічна обробка.

СС – структурний стан.

ФП – фазове перетворення.

СП – структурне перетворення.

А – аустеніт, твердий розчин С в γ-Fe з ГЦК граткою.

Ц – цементит, хімічна сполука Fe₃C [6,67%С].

Ф – ферит, твердий розчин C в α-Fe з ОЦК граткою.

М – мартенсит, перенасичений твердий розчин C в α-Fe зі спотвореною тетрагональною граткою.

ГЦК – гратка гранецентрована.

ОЦК – гратка об’ємноцентрована.

М_н – температура початку мартенситного перетворення.

М_к – температура кінця мартенситного перетворення.

t_фр – температура фазової рівноваги.

ЗМІСТ

ВСТУП…………………………………………………………………………………6

1. ОСНОВНА ЧАСТИНА……………………………………………………………….8

   1. Аналіз положення на діаграмі фазових станів сплаву заданої хімічної сполуки…………………………………………………..……………………...8

   2. Визначення можливих фазових перетворень заданої хімічної сполуки при нагріванні та охолодженні…………………………………..…………….….10

   3. Визначення типів термічної обробки сплаву заданої хімічної сполуки з використанням фазових перетворень……………………………………..…12

   4. Визначення параметрів режимів термічної обробки призначених типів…………………………………………………………………………....13

   5. Графіки-схеми режимів призначених типів термічної обробки...................16

   6. Теоретичне обґрунтування призначених типів термічної обробки і параметрів цих режимів………………………………………..................….19

ВИСНОВКИ………………………………………………………….………….….20

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ ……………………….………….....21

ВСТУП

Структурна обробка – це узагальнений термін обробок виробів з металу та сплавів, в які входить термічна обробка, режими і технології яких змінюють структурний склад і, отже, комплекс властивостей об’єкта без суттєвих змін при цьому його маси, форми та розмірів [2].

У свою чергу, термічною обробкою називають процес обробки виробів із металів та сплавів шляхом теплового впливу в цілях зміни їх структури і властивостей у заданому напрямі.

Термічна обробка – найбільш розповсюджений в сучасній техніці спосіб зміни властивостей металів та сплавів [4].

Основні фактори впливу при термічній обробці – температура та час, тому режим будь-якої термічної обробки можна представити в координатах t(температура)-τ(час).

Режим термічної обробки характеризують наступні головні параметри: температура нагрівання t_max, тобто максимальна температура, до якої був нагрітий сплав при термічній обробці; час витримки сплаву при температурі нагрівання τ_в, швидкість нагрівання υ_нагр і швидкість охолодження υ_охл [1].

СО та ТО переважно проходять в твердому агрегатному стані, який зберігає найбільш стабільний структурний стан, тобто внутрішній стан металевого об’єкта, який характеризується трьома складовими:

1. Фазовий склад.

2. Морфологія структури.

3. Механічний напружений стан.

В основі зміни структурного стану металу (сплаву), що піддається термічній обробці, лежать процеси фазових і структурних перетворень. При цьому ФП зажди змінюють як фазовий склад, так і морфологію структури та, у певних випадках, механічний напружений стан. СП змінюють морфологію структури та, у ряді випадків, механічний напружений стан. Варто пам’ятати, що поняття «фазовий склад характеризується: типом фази (фаз), кількістю фаз, кількісним співвідношенням фаз різного типу. Якщо даний об’єкт складається з однієї фази, то він називається однофазним і фазовий склад його повністю характеризується типом фази. Якщо об’єм містить дві (або більше) фази, то він називається гетеро фазним і повна характеристика його фазового складу включає всі три зазначені вище складові фазового складу. Зміна кожної з цих трьох складових вказує на протікання в металі (сплаві) ФП.

Таким чином, ТО забезпечує одержання необхідних властивостей металу (сплаву), формуючи в результаті певних ФП і СП необхідний структурний стан металу (сплаву), від якого функціонально залежать його властивості [5].

При ТО проходять перетворення, які протікають в часі, і неможливо встановити, які зміни приносить час, якщо невідомо, який стабільний стан сплаву.

Діаграма стану показує, яким видам ТО може бути підданий сплав і в яких температурних інтервалах слід проводити обробку.

Всі види ТО можна розділити на чотири основні групи (по А.А. Бочвару).

Перша група. Попередня обробка може привести метал у нестійкий стан, який при кімнатній температурі зберігається довго, так як теплового руху атомів при кімнатній температурі недостатньо для переходу у стійкий стан. Нагрів прискорює ці процеси.

ТО, що містить в собі нагрів метала, який має нестійкий стан, і що приводить його в більш стійкий стан, називається відпалом.

Друга група. Якщо в сплаві при нагріванні проходить ФП, то нагрів вище деякої критичної температури викликає зміни у будові сплаву. Така ТО має назву відпал другого роду.

Третя група. Якщо в сплаві при нагріванні проходять фазові зміни, то повното зворотного перетворення залежить від швидкості охолодження, і якщо при певній швидкості зворотне перетворення не пройде, то ця операція називається гартування.

Четверта група. Нагрівання загартованого сплаву нижче температури рівноважних фазових перетворень має назву відпуск.

Для обробки по другій, третій і четвертій групам у сплаві мають проходити фазові перетворення в твердому стані, тобто при нагріванні повинно проходити або суттєві зміни розчинності, або алотропні перетворення [1].

Сталь 30ХГТ, що відповідає заданому хімічному складу відноситься до цементуємих конструкційних сталей, що йдуть на виготовлення покращуємих та цементуємих деталей, від яких вимагається висока міцність, в’язка серцевина та висока поверхнева твердість. Матеріал, що йде на виготовлення деталей піддається підвищенним питомим тискам та великим швидкостям роботи . Для забезпечення таких властивостей потрібні такі режими ТО: нормалізація, гартування на мартенсит та низький відпуск [1].

Курсова робота направлена на визначення конкретного типу і параметрів ТО сплаву Fe+0,25%C, для цього потрібно виконати всі дії вказані в завданні на курсову роботу [3].