Выбор режима закалки и отпуска деталей

Практическая работа №

Выбор режима закалки и отпуска деталей

Цель: научиться правильно выбрать все элементы цикла термической обработки в зависимости от требуемых свойств и химического состава обрабатываемого материала.

 

Задание: Назначьте режим закалки и отпуска детали, изготовленного из материала, указанного в таблице. Приведите график термической обработки и структуру после закалки и после отпуска. Опишите, как изменятся свойства стали после отпуска.

 

Вариант	Деталь	Материал
1, 11,21	Шабер	Сталь 35
2,12,22	Шестерня	Сталь 60
3,13,23	Резец	Сталь У12
4,14,23	Ось	Сталь 40
5,15,25	Молоток	Сталь 50
6,16,26	Зубило	Сталь У8
7,17,27	Напильник	Сталь У13
8,18,28	Шатун	Сталь 45
9,19,29	Пружина	Сталь 75
10,20,30	Вал	Сталь 35

 

 

Краткие теоретические сведения

Термическая обработка придает стальным изделиям определенные механические свойства: высокую твердость, повысив этим сопротивление износу, меньшую хрупкость для улучшения обработки или повышения ударной вязкости и т. д. Это достигается нагревом и последующим охлаждением стали по строго определенному температурному режиму. В результате в нужном направлении изменяется структура стали, которая и определяет ее механические свойства.Различают следующие виды термической обработки стали: закалку, отпуск, отжиг и нормализацию, а также обработку холодом и химико-термическую обработку. Закалка — термическая обработка стали путем ее нагрева до определенной температуры, некоторой выдержки при этой температуре до завершения фазовых превращений с быстрым последующим охлаждением в воде, масле и других жидкостях. При закалке увеличиваются твердость и прочность, но снижается ударная вязкость. Закаленная сталь обладает большой хрупкостью, что делает ее малопригодной для практического использования.Отпуску подвергают сталь после закалки для уменьшения хрупкости и ослабления внутренних напряжений. Отпуск стали заключается в нагреве ее ниже температуры закалки с последующим постепенным охлаждением на воздухе. В зависимости от вида отпуска изделие нагревают от 150 до 550°С. С повышением температуры отпуска сильно изменяются механические свойства закаленной стали: предел прочности и твердость понижаются, а относительное удлинение и вязкость возрастают. Отжиг уменьшает структурную неоднородность стали, придает мелкозернистую структуру, снижает напряжение, возникшее при обработке давлением (ковке, волочении) или литьем, а также улучшает обрабатываемость стали резанием. Нормализация — это, по существу, процесс отжига. Стальное изделие нагревают до температуры несколько ниже температуры закалки, выдерживают сталь при этой температуре, а затем охлаждают на воздухе. В результате сталь получается более мелкозернистой, чем при отжиге, повышаются ее твердость, прочность, ударная вязкость по сравнению с отожженной сталью. Обработка холодом способствует более равномерной струк туре и повышает твердость стали. Закаленная сталь с содержа нием углерода более 0,6% состоит из мартенсита с распределен ным в нем остаточным аустенитом, не успевшим перейти мартенсит при закалке. В результате структура стали оказывается недостаточно равномерной и несколько пониженной твердо сти, чем если бы она состояла только из мартенсита. Если же такую сталь подвергнуть после закалки обработке холодом, процесс превращения аустенита в мартенсит продолжается. Химико-термическая обработка стали заключается в изменении химического состава поверхностного слоя стального изделия путем насыщения его каким-либо другим веществом (углеродом, азотом, цианом, хромом) с целью повышения твердости, износостойкости или коррозионной стойкости поверхности и сохранения при этом высоких механических качеств самого изделия. Видами химико-термической обработки стали являются цементация, азотирование, цианирование и хромирование. Цементацию стали осуществляют насыщением углеродом поверхностного слоя стального изделия при температуре среды 880...950°С, содержащей углерод. Азотирование — насыщение азотом поверхностного слоя стального изделия при нагревании до 500...700°С в атмосфере аммиака, при этом повышаются коррозионная стойкость, твердость, износоустойчивость и предел усталости стали. Азотированию подвергают легированные стали, содержащие в качестве легирующего вещества алюминий и прошедшие предварительную термическую и механическую обработку, кроме окончательного шлифования. Глубина азотированного слоя 0,01... 1,0 мм. Хромирование — насыщение поверхностного слоя хромом. Повышение коррозионной стойкости стали при действии пресной и морской воды, азотной кислоты, окислительной среды при высокой температуре (окалиностойкость) достигается хромированием. Твердость хромированного слоя низколегированной стали составляет НВ 250...300, а высокоуглеродистой — НВ 1200... 1300.

Содержание отчета

1.Название  работы. 
2. Цель работы. 
3. Расшифровка исследуемых марок сталей. 
4. График режимов термической обработки сталей в координатах «температура-время», на котором должны быть указаны режимы основных способов закалки, описание особенности каждого режима закалки и его назначение. 
5. Выводы.

Контрольные вопросы

1)   Что называется закалкой?

2)    Какие способы закалки существуют?

3)    Какие виды закалки используются в промышленности?

4)    В чем различие полной и неполной закалки?

5)    Какова причина коробления изделий и появления трещин при закалке?

 

 

 

 

 

 

Приложения.

Таблица 1

Режим термической обработки инструментальных 
углеродистых сталей

Марка стали	Отжиг		Закалка		Отпуск
	Температура, °С	Твердость  НВ	Температура, °С	Среда охлаждения	Температура, °С	Твердость НRС
У7	690 – 710	187	800 – 820	Вода	150 – 160	62
У8	690 – 710	187	780 – 800	Вода	150 – 160	62
У10	750 – 770	197	770 – 810	Вода	150 – 160	63
У11	750 – 770	207	770 – 800	Вода	150 – 160	63
У13	750 – 770	217	760 – 790	Вода	150 – 160	63

 

 

 

Таблица 2

Режимы термической обработки инструментальных легированных сталей

Марка стали	Отжиг		Закалка		Отпуск
	Температура,  °С	Твердость  HB	Температура,  °С	Среда   охл.	Температура,  °С	Твердость  HB
X	770 – 790	225 –207	830 –860	Масло	180 – 200	66 – 59
9XC	790 – 810	255 – 207	820 – 860	Масло	140 – 160	60 – 62
XГСВФ	790 – 810	228 – 196	820 –850	Масло	140 – 160	61 – 63
ХГ	780 – 800	241 – 197	800 – 830	Масло	150 – 200	61 – 62
ХВГ	770 – 790	255 –207	820 – 840	Масло	160 – 180	62 – 63
ХВСГ	790 – 810	229 –197	840 – 860	Масло	160 – 180	62 – 63
ХСВФ	830 – 850	228 –187	840 – 860	Масло	170 – 180	61 – 63
3Х2В8Ф	1140 – 1160	255 – 207	1120 – 1160	Масло	550 – 560	45 – 51
4Х8В2	750 – 780	255 – 207	1120 – 1140	Масло	550 – 560	49 – 51

 

Таблица 3

Режимы термической обработки быстрорежущих сталей

Марка стали	Отжиг		Закалка		Отпуск
	Тем-ра  °С	Твердость  НВ	Тем-ра  °С	Среда охл.	Тем-ра  °С	Твердость  НВ
Р18	830 – 850	207 – 255	1260 – 1300	Масло, соли	550 – 570	64 – 65
Р10К5Ф5	840 – 860	285	1220 – 1240	Масло, соли	575 – 585	65 – 67
Р9К5	840 – 860	269	1220 – 1240	Масло, соли	555 – 565	65 – 67
Р6М3	830 – 850	207 – 235	1210 – 1230	Масло, соли	555 – 565	65 – 66
Р18Ф2К8М	850 – 870	263 – 277	1220 – 1260	Масло, соли	560 – 570	67 – 68
Р9Ф5	840 – 860	269	1240 – 1260	Масло, соли	575 – 585	65 – 67
Р14Ф4	850 – 860	269	1240 – 1260	Масло, соли	575 – 585	67 – 68
Р18Ф2	840 – 860	269	1260 – 1380	Масло, соли	575 – 585	67 – 68

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диаграмма состояния железо - углерод для определения температуры нагрева сталей при термической обработке. 

 

 
        В зависимости от цели изменения структурных превращений (диаграмма состояния показана на рисунке) применяют следующие разновидности отжига.