Задания

1. Изучить, зарисовать и объяснить микроструктуру белых чугунов. Описать процесс образования структуры белого чугуна с определенным составом, заданным преподавателем. Описать свойства и указать область применения белых чугунов.

2. Указать химический состав и описать процесс образования структуры серых чугунов. Изучить и зарисовать их структуры. Привести марки чугунов, назвать их механические свойства и область применения.

3. Объяснить способ получения и указать химический состав высокопрочных чугунов. Изучить и зарисовать их микроструктуру. Привести марки высокопрочных чугунов, назвать их свойства и область применения.

4. Описать способ получения ковких чугунов, начертить график отжига. Объяснить формирование структуры ковкого чугуна с определенной (по заданию преподавателя) металлической основой. Изучить, зарисовать и объяснить микроструктуру. Указать химический состав, свойства и область применения ковких чугунов. Объяснить принципы их маркировки.

5. Исследовать под микроскопом микрошлифы чугунов, указать наименование сплавов, схематично зарисовать и описать их микроструктуру. Результаты представить в табличной форме (табл. 2).

6. Оформить отчет по лабораторной работе в соответствии с вышеуказанными пунктами задания.

Таблица 2

Результаты исследования

Наименование и маркировка	Механические свойства			Рисунок и описание структуры	Свойства и применение сплава
	σВ, МПа	δ, %	НВ

Лабораторая работа №9 «Термическая обработка сталей»

Цель работы:

• изучение методики назначения режимов отжига, нормализации и закалки;

• приобретение практических навыков проведения различных операций термической обработки (нормализации, отжига, закалки и отпуска углеродистых сталей);

• исследование влияния содержания углерода и температуры отпуска на твердость закаленной стали.

1. Сущность термической обработки

Свойства стали одного и того же химического состава можно изменять в широком интервале путем изменения ее структуры. Одним из распространенных методов изменения структуры является термическая обработка. Это совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения сплава, находящегося в твердом состоянии, с целью получения нужного комплекса свойств.

Поскольку основными факторами при термической обработке являются температура и время, то любой процесс термической обработки можно представить в этих координатах.

Основные параметры режима термической обработки – температура нагрева (t_н), скорость нагрева (v_н), продолжительность выдержки при температуре нагрева (t_в) и скорость охлаждения (v_о).

Нагрев необходим для фазовой перекристаллизации стали и для ускорения диффузионных процессов. Температура нагрева при различных видах термической обработки выбирается с учетом температуры критических точек стали и вида обработки. Для сокращения терминологии общепринято критические точки углеродистых сталей, соответствующие одинаковым структурным превращениям, обозначать следующими символами:

А₁ – превращение аустенит → перлит (линия PSK);

А₃ – превращение аустенит → феррит (линия GS);

А_ст – превращение аустенит → цементит вторичный (линия ES).

Поскольку при нагревах и охлаждениях сплавов с реальными скоростями фазовые превращения в твердом состоянии протекают со значительным тепловым гистерезисом, следует отличать критические температуры при нагреве сплава, которые обозначаются Ac₁, Ac₃, Ac_ст, от аналогичных температур при охлаждении Аr₁, Аг₃, Аr_ст. Температура нагрева при термической обработке сталей во избежание их оплавления не должна превышать линии солидуса.

На практике температуры критических точек выбирают в справочниках или по диаграмме состояния Fe-Fe₃C.

Выдержка необходима для выравнивания температуры по сечению детали и для завершения структурных превращений, которые зависят от скорости диффузионных процессов. Длительность нагрева и выдержки углеродистых сталей определяется размерами детали. Обычно общее время нагрева и выдержки составляет 1-1,5 мин на миллиметр наибольшего поперечного сечения.

Охлаждение – самая ответственная операция, формирующая служебную структуру стали, а следовательно, и ее эксплуатационные свойства.

Если нагреть сталь до аустенитного состояния, а затем охладить с различными скоростями, то распад аустенита происходит не сразу после достижения температуры А1 (727°С), возможно переохлаждение аустенита до температур значительно ниже, при которых он сохраняется ограниченное время. Чем больше скорость охлаждения, тем ниже температура, при которой происходит распад аустенита. С понижением температуры распада аустенита увеличивается дисперсность структуры, повышается плотность дефектов кристаллической структуры – дислокаций, вакансий, внедренных атомов. Поэтому чем больше скорость охлаждения (до v_кр), тем выше прочность, твердость и износостойкость стали, но ниже пластичность, вязкость и сопротивление распространению трещин.

Задавая скорость охлаждения стали после нагрева и выдержки, можно получить определенную структуру, а значит, и свойства.

В соответствии с общепринятой классификацией (по А. А. Бочвару) термическая обработка делится на собственно термическую, химико-термическую и деформационно-термическую. Первая в свою очередь включает четыре основные группы:

- отжиг первого рода,

- отжиг второго рода,

- закалка,

- отпуск.