Гоапоу «Липецкий металлургический колледж»
Рассмотрено цикловой комиссией металлургических дисциплин |
Контрольная работа №2 |
Утверждаю Заместитель директора по учебной работе |
по МДК 03.04 Термическая обработка металлов и сплавов Вариант №5 |
||
«____» __________ 2015г. |
специальность 150412 Обработка металлов давлением |
|
Председатель _________________ |
«____» ________2015г. |
Опишите отличие нормализации от полного отжига, укажите отличие в структуре и свойствах изделий после этих видов ТО.
Полный отжиг применяют для доэвтектоидной стали в основном после горячей обработки поковок давлением и отливок с целью измельчения зерна и снятия внутренних напряжений. Это достигается нагревом стали на 30-50°С выше верхней критической точки Ас3 и медленным охлаждением.
При нагреве стали выше температуры Ас3 перлит превращается в аустенит. Это происходит путем образования в начальной стадии мельчайших зародышей кристалликов аустенита и постепенного их роста по мере повышения температуры. При небольшом превышении температуры Ас3 (на 30-50°С) образовавшиеся кристаллики аустенита остаются еще мелкими. В дальнейшем, при охлаждении ниже температуры Ас1 образуется однородная мелкозернистая структура ферритно-перлитного типа. При этом в пределах одного аустенитного зерна возникает несколько перлитных зерен, которые значительно мельче, чем аустенитное зерно, из которого они образовались.
Температуру нагрева деталей, изготовленных из углеродистых сталей, определяют по диаграмме состояния (рис. 40), а для легированных сталей - по положению их критической точки Ас3, имеющейся в справочных таблицах.
Время выдержки при отжиге складывается из времени, необходимого для полного прогрева детали, и времени, нужного для окончания структурных превращений.
Нормализация. Термическую операцию, при которой сталь нагревают до температуры на 30-50°С выше верхних критических точек Ас3 и Аcm, затем выдерживают при этой температуре и охлаждают на спокойном воздухе, называют нормализацией (см. рис. 40). При нормализации уменьшаются внутренние напряжения, происходит перекристаллизация стали, измельчающая крупнозернистую структуру металла сварных швов, отливок или поковок.
Нормализация стали по сравнению с отжигом является более коротким процессом термической обработки, а, следовательно, и более производительным. Поэтому углеродистые и низколегированные стали подвергают, как правило, не отжигу, а нормализации.
С повышением содержания углерода в. Стали увеличивается различие в свойствах между отожженной и нормализованной сталью. Для сталей, содержащих до 0,2% углерода, предпочтительнее нормализация. Для сталей, содержащих 0,3-0,4% углерода, при нормализации по сравнению с отжигом существенно увеличивается твердость, что необходимо учитывать. Поэтому нормализация не всегда может заменить отжиг.
Сплавы после нормализации приобретают мелкозернистую структуру и несколько большую прочность и твердость, чем при отжиге. Нормализацию применяют для исправления крупнозернистой структуры, улучшения обрабатываемости стали резанием, улучшения структуры перед закалкой. В заэвтектоидной стали нормализация устраняет сетку вторичного цементита.
Опишите режимы проведения изотермического отжига.
Изотермический отжиг - термическая обработка стали и один из видов отжига, в ходе которого металл нагревается до аустенитного состояния (как при полном отжиге) и ускоренно охлаждается до 660 - 680°С (ниже точки Аг1), далее при этом температурном режиме проходит изотермическая выдержка до полного превращения аустенита в равновесную перлитную структуру и последующее охлаждение на воздухе. Изотермическому отжигу подвергают мелкие детали из легированной цементуемой стали (штамповки, сортовой прокат), особенно актуален данный вид термообработки для высокохромистых сталей с устойчивым аустенитом. Изотермический отжиг является лучшим и ускоренным способом снижения твердости стали и повышения ее пластичности для улучшения обрабатываемости резанием.
Изотермический отжиг относится к отжигу 2 рода, целью которого является нагрев для получения равновесной мелкозернистой структуры, достаточно мягкой и пластичной, поддающейся дальнейшей обработке.
Отличительная особенность такого вида термообработки: превращение аустенита в ферритно-цементитную смесь протекает в условиях постоянных температур в отличие от других видов отжига, где аустенит распадается в условиях охлаждения и непрерывного снижения температуры. После распада аустенита и изотермической выдержки охлаждение можно проводить на воздухе, так как скорость охлаждения уже не имеет принципиального значения. Вследствие этого изотермический отжиг обладает существенными преимуществами:
сокращается длительность процесса
ферритно-перлитная структура получается более однородной
Нагрев до аустенитного состояния проводится в температурных границах, превышающих температуру Ас3 на 30 - 50°С. Далее температура снижается ниже точки Ас1 приблизительно на 150°С и проводится изотермическая выдержка. Для осуществления данных процессов наш завод применяет новейшие камерные печи, максимальная садка которых - 5000 кг. Нагрев осуществляется методами излучения и конвекции, проводится контроль атмосферы. Превращения на всех участках садки протекают равномерно и при одной температуре, что гарантирует равномерность структуры и твердости всей садки.
Высокая технологичность нашего оборудования, равномерное распределение температуры за счет обогрева с пяти сторон, девять температурных режимов и возможность компьютеризированного управления процессами позволяют добиться высоких стабильных результатов в ходе проведения изотермического отжига деталей.
3. Назначьте режим закалки для стали марки 25. Опишите структуру и свойства стали после данного вида ТО.
Опишите причины окисления и обезуглероживания стали при проведении ТО. Как можно предотвратить протекание этих процессов?
Окисление и обезуглероживание. Обезуглероживание и окисление стали во время нагрева является результатом взаимодействия с газами, которые находятся в печах. В результате данного взаимодействия на поверхности стали образуется окалина (при окислении), а в результате обезуглероживания происходит выгорание углерода, что приводит к образованию структуры феррита.
Образование окалины приводят к неравномерности твёрдости металла, вызывает необходимость дополнительной его обработки, а так же дополнительной потери металла.
Результатом действия обезуглероживания является резкое снижение твёрдости и выносливости на поверхностях металла. Для предотвращения данных неблагоприятных последствий, необходимо использовать печи с контролируемой атмосферой.
Опишите цели проведения цементации стали. В каком карбюризаторе может проводиться этот процесс? Какие виды ТО проводят после цементации? Укажите причины проведения ТО после цементации.
Цементация — процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в соответствующей среде.
Цель цементации — обогащение поверхностного слоя деталей машин углеродом до концентрации 0,8—1,1% и получение после закалки высокой твердости при сохранении пластичной сердцевины. Цементации подвергаются детали, изготовленные из низкоуглеродистых сталей (0,1—0,2% С) марок 15, 20 или легированных низкоуглеродистых сталей марок 20Г, 20Х, 20ХФ, 12ХНЗА, 20Х2Н4А, 18ХГТ, 18Х2Н4ВА, 20ХГНР и др.
Цементация может проводиться в твердых, газообразных и жидких углеродсодержащих средах, которые называются карбюризаторами.
Цементация в твердом карбюризаторе. Наиболее старым способом является цементация в твердой среде (в твердом карбюризаторе). При этом способе цементации карбюризатором служит смесь древесного угля и углекислых солей (углекислого бария — ВаС03, углекислого натрия (соды) — Na2C03 и др.). Углекислые соли добавляются к древесному углю в количестве 10—40%. В практике цементации применяют различные составы карбюризаторов.
Для цементации в твердом карбюризаторе детали помещают в цементационный (стальной) ящик и засыпают карбюризатором. Упаковка деталей в ящик с карбюризатором должна производиться таким образом, чтобы детали со всех сторон были окружены карбюризатором и не соприкасались друг с другом, со стенками и дном ящика. Ящик закрывают крышкой и замазывают огнеупорной глиной. Через отверстия в крышке в ящик вставляют стержни из такой же низкоуглеродистой стали, из которой изготовлены цементуемые детали. Эти стержни называются «свидетелями» и служат они для контроля цементации. Ящик с упакованными в нем в карбюризаторе деталями (рис. 152) помещают в печь и нагревают до 900—950° С.
Преподаватель ___________________________ Слюсарь Нелли Юрьевна
ГОАПОУ «Липецкий металлургический колледж»
Рассмотрено цикловой комиссией металлургических дисциплин |
Контрольная работа №2 |
Утверждаю Заместитель директора по учебной работе |
по МДК 03.04 Термическая обработка металлов и сплавов Вариант №6 |
||
«____» __________ 2015г. |
специальность 150412 Обработка металлов давлением |
|
Председатель _________________ |
«____» ________2015г. |
Укажите цели проведения неполного отжига для доэвтектоидной и для заэвтектоидной стали.
Неполный отжиг. Заключается в нагреве выше Аc1 и медленном охлаждении. При этом происходит частичная перекристаллизация перлитной составляющей.
Неполному отжигу подвергаются доэвтектоидные стали с целью снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости резанием в том случае, если предварительная горячая обработка не привела к образованию крупного зерна. Для стали 10 неполный отжиг проводится при температуре 760-790°С.
Назначьте температуру отжига для снятия напряжений после основной механической обработки. К каким последствиям могут привести остаточные напряжения в стали.
Напряжения, которые образуются в изделиях без воздействия на них внешних сил, называются внутренними напряжениями. Образование внутренних напряжений может происходить при затвердевании отливок, при сварке и других процессах. Очень часто внутренние напряжения возникают при термической обработке изделия вследствие неравномерного нагревания его и охлаждения. При неравномерном охлаждении наружные слои изделия, охлаждающиеся быстрее, будут уменьшаться в объеме и сжимать внутренние слои, которые еще не успели остыть и поэтому будут препятствовать сжатию наружных слоев.
Особенно большие внутренние напряжения возникают при термической обработке изделий крупных сечений и сложной формы. Такое напряженное состояние металла нежелательно, так как достаточно внутренним напряжениям в какой - либо небольшой зоне превысить предел прочности стали, как образуется трещина. Вредные внутренние напряжения можно снять с изделия при помощи отжига. Такой отжиг не требует высокой температуры нагрева.
Изделие нужно нагреть до такой температуры, при которой проявились бы пластические свойства стали: сжатые слои растянулись, а растянутые - сжались. Чтобы эти процессы совершились, достаточно нагреть изделие до температуры 500 - 600°, выдержать некоторое время при этой температуре и затем медленно охладить вместе с печью (чтобы не возникли снова внутренние напряжения).
Для сокращения времени выдержки практически отжиг ведут при температурах 650 - 680°. Таким образом, отжиг для снятия внутренних напряжений производится при температурах ниже критической Ас\ (723°), следовательно, структурных превращений при этом отжиге не происходит. Этот вид отжига часто называют низким отжигом, а иногда высоким отпуском. При низком отжиге в связи со снятием внутренних напряжений достигается некоторое понижение твердости изделия. Поэтому таким видом отжига часто пользуются для уменьшения твердости изделий с целью улучшения их обрабатываемости на станках. Следует иметь в виду, что если сталь подвергается отжигу для получения мелкозернистой структуры или зернистого цементита, то для устранения внутренних напряжений не требуется специального отжига. В процессе проведения указанных видов отжига попутно снимутся и внутренние напряжения.
3. Укажите скорости охлаждения на диаграмме изотермического превращения аустенита, соответствующие способу закалки в одном охладителе и способу закалки в двух охладителях. Сравните эти способы закалки.
Опишите цели и режимы проведения высокого отпуска закаленной стали. Опишите структуру стали после отпуска и характеристики ее свойств.
Высокий(высокотемпературный) отпуск проводят при 500...600°С. Структурные изменения при таких температурах заключаются в укрупнении (коагуляции) частиц цементита. В результате этого образуется феррито-цементитная смесь, называемая сорбитом отпуска. Также, как и
тростит отпуска, эта структура характеризуется зернистым строением в отличии от пластинчатых структур тростита и сорбита закалки. Твёрдость стали после высокого отпуска снижается до 25,,,35 HRC, Однако уровень прочности при этом ещё достаточно высок , В то же время обеспечивается повышенная пластичность и особенно ударная вязкость, практически полностью снимаются внутренние напряжения,, возникшие при закалке.
Таким образом, высокий отпуск на сорбит обеспечивает наилучший комплекс механических свойств, позволяющий применять его для деталей, работающих в условиях динамических нагрузок. Такой же отпуск рекомендуется для деталей машин из легированных сталей, работающих при повышенных температурах.
Термическую обработку, состоящую из закалки на мартенсит и последующего высокого отпуска на сорбит, называют термическим улучшением. Вообще термическому улучшению подвергают детали из среднеуглеродистых (0,3...0,5%С) конструкционных сталей, к которым предъявляют высокие требования по пределу текучести, пределу выносливости и ударной вязкости. Однако износостойкость улучшенной стали вследствие её" пониженной твёрдости невысока.
Скорость охлаждения после отпуска оказывает большое влияние на величину остаточных напряжений. Чем медленнее охлаждение, тем меньше остаточные напряжения. Так охлаждение на воздухе даёт напряжения в 7 раз меньше, а охлаждение в масле в 2,5 раза меньше по сравнению с охлаждением в воде. По этой причине изделия сложной формы во избежание их деформации после отпуска следует охлаждать медленно (на воздухе), а детали из некоторых легированных сталей, склонных к отпускной хрупкости, рекомендуется охлаждать в масле (иногда даже в воде).
Опишите условия проведения (режим) низкотемпературной термомеханической обработки. Укажите, как изменятся свойства стали после данной обработки.
Низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО). Сталь нагревают до аустенитного состояния, а затем охлаждают ниже температуры рекристаллизации, но выше температуры начала мартенситного превращения, т. е. в температурном интервале примерно 400—600°С. В этом интервале, в котором еще сохраняется аустенитная структура, производится деформация стали, например штамповка. Деформация вызывает наклеп аустенита, рекристаллизации же в этих условиях не происходит. Затем проводится закалка: образуется мартенсит, который, как и в предыдущем способе, наследует дислокации, а значит и упрочнение, полученное при деформации. Здесь устранен недостаток первого способа, так как рекристаллизация практически отсутствует, и потому наиболее полно используется эффект упрочнения от наклепа. Однако технологически этот способ сложнее, так как трудно осуществлять обработку давлением в таком узком интервале температур.
Преподаватель ___________________________ Слюсарь Нелли Юрьевна