Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Технологический институт

Кафедра «Материаловедение и ТКМ»

Термическая обработка сплавов

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к проведению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение»

для студентов всех специальностей

очной и заочной форм обучения

Тюмень 2006

Утверждено редакционно-издательским советом

Тюменского государственного нефтегазового университета

Составители: старший преподаватель Прожерин А.Е.

доцент, к.т.н., доцент Нассонов В.В.

Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2006

Термическая обработка углеродистых сталей

Цели работы: приобрести навыки выбора режимов термической обработки изделий из углеродистых сталей, изучить влияние

термообработки на их свойства.

Задачи:

1. провести закалку нормализацию и отпуск образцов сталей с разным содержанием углерода;

2.определить изменение твердости углеродистых сталей в зависимости от содержания углерода и режимов термической обработки

Оборудование, материалы:

1. Печи лабораторные камерные с температурами 850, 770, 600, 400 и 200 °С;

2. Пирометры для измерения температуры;

3. Закалочные баки с водой и машинным маслом;

4. Твердомер Роквелла;

5. Образцы углеродистых сталей марок 40 и У8;

6. Клещи;

7. Шкурка абразивная;

8. Ветошь.

Введение

Термическая обработка сплавов имеет несколько разновидностей. Углеродистые стали могут с успехом подвергаться: отжигу, нормализации, закалке, отпуску. Эффект от термообработки сталей обеспечивается благодаря полиморфному превращению железа

Термическая обработка сталей основана на четырех основных превращениях, происходящих в сталях при нагреве и охлаждении. Рассмотрим их на примере эвтектоидной стали.

1. В эвтектоидной стали при нагреве выше температуры А₁ перлит, представляющий собой дисперсную смесь феррита и цементита превращается в аустенит – твердый раствор углерода в гранецентрированной кубической решетке железа (П→ А) (рисунки 1 и 2). До аустенитного состояния сталь нагревают для отжига, нормализации, закалки, а также для обработки давлением: ковки, прокатки, штамповки.

2. При медленном охлаждении аустенита ниже температуры А₁ происходит диффузионное превращение его в дисперсную пластинчатую смесь феррита и цементита, называемую перлитом. Это превращение реализуется при отжиге стальных заготовок перед их механической обработкой (А→П).

3. При быстром охлаждении аустенита диффузия железа и углерода, необходимая для образования равновесных фаз – феррита и цементита, произойти не успевает. В этом случае гранецентрированная кристаллическая решетка железа перестраивается в объемно-центрированную бездиффузионно, путем коллективного сдвига ионов железа на расстояния меньше межатомных. Образуется пересыщенный твердый раствор углерода в ОЦК решетке железа – мартенсит. Мартенситное превращение реализуется при закалке стальных деталей и инструментов (А→М) (рисунок 3).

4. Мартенсит, полученный из аустенита, благодаря очень быстрому охлаждению, является термодинамически неустойчивой фазой. При его нагреве по мере возрастания диффузионной подвижности атомов углерода, а затем и железа, происходит выделение атомов углерода из решетки железа и образование карбидов железа. Образуется двухфазная структура, представляющая смесь феррита и цементита. Это превращение М → (феррит + карбиды) реализуется при отпуске закаленных изделий.

В предлагаемой лабораторной работе предстоит провести закалку, нормализацию и отпуск конструкционной среднеуглеродистой стали 40 и высокоуглеродистой инструментальной стали У8.