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 №7
«____» __________ 2015г.	специальность 150412 Обработка металлов давлением
Председатель _________________		«____» ________2015г.

1. Укажите преимущества проведения изотермического отжига перед полным отжигом.

Изотермический отжиг заключается в нагреве ста­ли выше критической точки АС3 и выдержке при этой температуре в течение времени, необходимого для полного и равномерного про­грева. Затем сталь относительно быстро охлаждают до температу­ры ниже Ar1(650—700° С). При этой постоянной (изотермической) температуре сталь выдерживают определенное время, необходимое для полного распада аустенита с образованием перлита (в доэвтек-тоидной стали — феррита и перлита), и затем охлаждают на возду­хе. Изотермический отжиг имеет почти вдвое более короткий цикл, чем обычный отжиг.

Преимущества изотер­мического отжига —од­нородность структуры и ускорение процесса, осо­бенно при отжиге леги­рованной стали. Для сталей, содержащих большое количество хро­ма, никеля и других эле­ментов, только изотер­мический отжиг позво­ляет добиться превра­щения весьма устойчи­вого аустенита в перлит и феррит и обеспе­чить хорошую обра­батываемость стали ре­жущим инструментом

2. Назначьте режим гомогенизационного (диффузионного) отжига слитка из низкоуглеродистой стали. Опишите структуру стали после данного вида ТО. Каким образом можно улучшить структуру стали после диффузионного отжига и подготовить ее к дальнейшей обработке?

Диффузионный отжиг – это термическая обработка, при которой главным процессом является устранение последствий дендритной ликвации.

Слитки из углеродистых сталей обычно не подвергают диффузионному отжигу, так как в них при нагреве под горячую обработку давлением из-за быстрой диффузии углерода в аустените дендритная ликвация успевает исчезнуть. Диффузионному отжигу подвергают слитки легированной стали с целью уменьшения дендритной или внутрикристаллитной ликвации, которая повышает склонность стали, обрабатываемой давлением, к хрупкому излому, к анизотропии свойств и возникновению таких дефектов, как шиферность (слоистый излом) и флокены (тонкие; внутренние трещины, наблюдаемые в изломе в виде белых овальных пятен).

Дендритная ликвация понижает пластичность и вязкость легированной стали. Поэтому слитки и крупные отливки нередко подвергают гомогенизирующему или диффузионному отжигу. Нагрев при диффузионном отжиге должен быть до высоких температур 1100-1200°С, так как только в этом случае более полно; протекают диффузионные процессы, необходимые для выравнивания в отдельных объемах состава стали. Диффузия наиболее интенсивно протекает в начале выдержки, заметно снижаясь с течением времени. Поэтому во избежание образования большого количества окалины, уменьшения расхода топлива и увеличения производительности печей выдержка должна быть минимальной, обычно 15-20 ч. После выдержки садку охлаждают до 800-820°С в печи, а далее на воздухе.

Во многих случаях для уменьшения дендритной ликвации не проводят специального диффузионного отжига, а выполняют более высокий и длительный нагрев для горячей деформации. В результате диффузионного отжига получается крупное зерно. Этот недостаток устраняется при последующей обработке слитка давлением или в процессе последующей термической обработке.

3. Назначьте режим закалки для стали марки У12А. Опишите структуру и свойства стали после данного вида ТО.

При комнатной температуре сталь У12 имеет структуру цементита и перлита. До температуры Аc1 сохраняется исходная структура. При температуре Аc1 происходит превращение перлита в аустенит с содержанием углерода 0,8%. При нагреве выше точки Ас1 происходит растворение цементита в аустените (в соответствии с линией SE). Увеличение температуры выше точки Асm вызывает рост зерна аустенита.

Критические точки для стали У12: Аc1 = 730°С; Аcm = 820°С.

Для закалки заэвтектоидные стали нагревают на 50-70°С выше точки Ас1. Таким образом, температура нагрева под закалку составляет 780-800°С. При этих температурах в стали наряду с аустенитом имеется цементит. Поэтому после закалки в структуре заэвтектоидных сталей будет мартенсит с цементитом и небольшое количество остаточного аустенита. Охлаждающая среда при закалке – индустриальное масло. Твердость поверхности после закалки 62-64 HRC. Для снятия напряжений и стабилизации структуры после закалки изделия подвергают низкому отпуску.

4. Опишите цель и условия проведения обработки стали холодом.

Обработка холодом состоит в погружении на некоторое время закаленных деталей в среду, имеющую температуру ниже нуля. После этого детали вынимают на воздух.

Выдержку при обработке холодом определяют временем, необходимым для полного охлаждения всей детали и выравнивания температур по сечению.

Охлаждение изделия до отрицательных температур производят в смеси твердой углекислоты (сухой лед) со спиртом, дающей охлаждение до —78,5° либо в жидком азоте (—196°).

Кроме этого, применяют холодильные установки, позволяющие изменять температуру рабочей камеры в больших пределах.

Обработка холодом применяется для сталей, в которых после закалки сохранился остаточный аустенит (углеродистая сталь с содержанием больше 0,6% С, легированная инструментальная сталь).

В результате обработки холодом за счет превращения остаточного аустенита в мартенсит повышается твердость, износостойкость, а поэтому такой вид обработки применяется при изготовлении инструмента.

Кроме того, при обработке холодом стабилизируются размеры деталей, а потому эта обработка применяется для измерительного инструмента и точных деталей машин.

4. Опишите условия проведения азотирования стали (карбюризатор, температура, время выдержки). Как повлияет проведение азотирования стали на ее свойства?

Азотирование стали впервые предложено акад. Н. П. Чижевским. Процесс азотирования стальных деталей заключается в поверхностном насыщении азотом в среде аммиака (NH3) при температурах нагрева 500—700° С в течение 20—90 ч. Глубина азотированного слоя допускается в пределах 0,2—0,8 мм.

Азотирование применяется для повышения твердости, износостойкости, предела усталости, сопротивления коррозии и жаропрочности.

Азотированию могут подвергаться детали из углеродистой низко-легированной и легированной сталей, а также чугун.

Детали из углеродистой и низколегированной стали азотируют для увеличения сопротивления коррозии. Твердость азотированной. поверхности у них не превышает HV 250—300. Легированные стали с содержанием хрома, никеля, алюминия и молибдена после азотирования имеют поверхностную твердость HV 850—1200 (рис. 37). Это достигается за счет образования мелкодисперсных нитридов на поверхности детали (химических соединений азота с элементами AlN, GrN, Cr2N, MoN).

Технологический процесс изготовления деталей при применении азотирования состоит из следующих этапов:

1) предварительная термическая обработка заготовки;

2) механическая обработка детали, включая шлифование;

3) защита мест, не подлежащих азотированию (покрытие тонким слоем олова гальваническим способом);

4) азотирование;

5) окончательное шлифование или доводка в соответствии с заданными допусками.

Необходимо иметь в виду, что при азотировании имеет место деформация деталей (коробление). Деформация детали будет тем больше, чем выше температура азотирования и глубина азотированного слоя и чем тоньше стенки детали.

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 №8
«____» __________ 2015г.	специальность 150412 Обработка металлов давлением
Председатель _________________		«____» ________2015г.

1. Перечислите виды отжига второго рода и особенности назначения их режимов. Укажите основные цели проведения отжига второго рода.

Отжиг второго рода. К отжигу второго рода относят виды, при которых фазовые (полиморфные) превращения определяют их целевое назначение. Различают следующие разновидности отжига второго рода: полный, неполный, изотермический, нормализационный (нормализация).

Полный отжиг. Этому виду отжига подвергают доэвтектоидную сталь с целью создания мелкозернистости, понижения твердости и повышения пластичности, снятия внутренних напряжений.

Неполный отжиг. Этому виду отжига подвергают заэвтектоидную и эвтектоидную сталь с целью превращения пластинчатого перлита и сетки цементита в структуру зернистого перлита. Заэв-тектоидная сталь со структурой зернистого перлита обладает, по сравнению со сталью с пластинчатым перлитом, лучшей обрабатываемостью на станках в связи с более низкой твердостью (НВ160—180 для стали с зернистым перлитом и НВ180—250 с пластинчатым перлитом).

Изотермический отжиг. Характерной особенностью изотермического отжига является образование феррито-перлитной структуры из аустенита при постоянной температуре, а не при охлаждении, как при полном отжиге. Поэтому в отличие от полного отжига, например, доэвтектоидную сталь нагревают до температуры точки Ас3 + (20—30°) и после выдержки быстро охлаждают до температуры немного ниже критической точки Агх (до 700—680° С) (см. рис. 73). При этой температуре сталь выдерживают в течение времени, необходимого для полного распада аустенита и образования феррито-перлитной структуры. От температуры изотермической выдержки сталь охлаждают на воздухе.

Изотермический отжиг имеет преимущество по сравнению с полным отжигом: сокращается время отжига и получается более однородная структура, но при обработке малых садок металла.

Нормализационный отжиг (нормализация). Нормализацией называют процесс термической обработки — нагрев до температуры выше Ас3 для доэвтектоидной или Аст для заэвтектоидной стали с последующим охлаждением на спокойном воздухе.

2. Назначьте температуру рекристаллизационного отжига для низкоуглеродистой стали. Укажите цели проведения этой термической обработки.

Рекристаллизация – процесс зарождения и роста новых недеформированных зерен при нагреве наклепанного металла до определенной температуры.

Рекристаллизационный отжиг используют в промышленности как первоначальную операцию перед холодной обработкой давлением (для придания материалу наибольшей пластичности), как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования (для снятия наклепа) и как окончательную (выходную) термическую обработку (для придания полуфабрикату или изделию необходимых свойств).

Нагрев деформированного металла ведет к повышению подвижности атомов, и среди вытянутых зерен идет интенсивное зарождение и рост новых равновесных свободных от напряжений зерен. Новые зерна растут за счет старых, вытянутых, до их столкновения друг с другом и до полного исчезновения вытянутых зерен. При нагреве по достижении температуры начала рекристаллизации предел прочности и особенно текучести резко снижаются, а пластичность увеличивается. Для устранения наклепа необходим отжиг. Основные цели отжига: перекристаллизация стали (измельчение зерна), снятие внутренних напряжений, снижение твердости и улучшение обрабатываемости.

Наименьшую температуру начала рекристаллизации, при которой протекает рекристаллизация и происходит разупрочнение металла, называют температурным порогом рекристаллизации. Эта температура не является постоянной физической величиной. Для данного металла (сплава) она зависит от длительности нагрева, степени предварительной деформации, величины зерна до деформации и т. д.

Температура начала рекристаллизации металлов, подвергнутых значительной деформации, для технически чистых металлов составляет примерно 0,4 Тпл (правило А.А. Бочвара), для чистых металлов снижается до (0,1...0,2)Тпл, а для сплавов твердых растворов возрастает до (0,5...0,6)Тпл.

Для углеродистых сталей с 0,08 – 0,2% С, часто подвергаемых холодной деформации (прокатке, штамповке, волочению), температура отжига находится в интервале 680 – 700 °С. Отжиг калиброванных прутков (холодная протяжка) из высокоуглеродистой легированной стали проводят при 680 – 740 °С в течение 0,5 – 1,5 ч.

3. Укажите, как называются способы закалки, обозначенные скоростями υ₅ и υ₆ на диаграмме изотермического превращения аустенита. Какие структуры получатся в стали при охлаждении с указанными скоростями?

Зачем проводят изотермическую выдержку при закалке?

4. Как повлияет на свойства стали перегрев и недогрев относительно температуры полной закалки доэвтектоидной стали?

Перегрев связан с нагревом изделия до температуры, значительно превышающей необходимую температуру нагрева под закалку. Перегрев сопровождается образованием крупнозернистой структуры, в результате чего повышается хрупкость стали.

Исправление дефекта: отжиг (нормализация) и последущая закалка с необходимой температуры.

Недогрев. Если температура закалки была,ниже критической точки Лсз — для доэвтектоидных сталей и Лс1 — для заэвтектоидных сталей, то структура закаленной стали состоит из мартенсита и зерен феррита, который имеет низкую твердость. Недогрев можно исправить отжигом с последующей закалкой

5. В чем отличие и сходство нитроцементации и цианирования. Как повлияет проведение этих видов ХТО на свойства стали?

Цианирование – химико-термическая обработка, при которой поверхность насыщается одновременно углеродом и азотом. Осуществляется в ваннах с расплавленными цианистыми солями, например NaCN с добавками солей NаCl, BaCl и др. Глубина слоя и концентрация в нем углерода (cм. Влияние углерода на свойства сталей) и азота зависят от температуры процесса и его продолжительности. Цианированный слой обладает высокой твердостью 58…62 HRC и хорошо сопротивляется износу. Повышаются усталостная прочность и коррозионная стойкость.

Нитроцементация – газовое цианирование, осуществляется в газовых смесях из цементующего газа и диссоциированного аммиака. Состав газа температура процесса определяют соотношение углерода и азота в цианированном слое. Глубина слоя зависит от температуры и продолжительности выдержки.

Преподаватель ___________________________ Слюсарь Нелли Юрьевна