Цель работы: освоить методику научно – обоснованного выбора стали и режима ее термической обработки для получения требуемых механических свойств детали.

1. Основные положения

От правильного выбора марок сталей и режимов их термической обработки зависит работоспособность деталей машин и приборов.

Рациональный выбор конструкционной стали, представляет собой сложную задачу, требующую глубоких знаний материаловедения, техно­логии металлов, сопротивления материалов, деталей машин, основ экономики и ряда других предметов.

Инженер – конструктор, проанализировав условия работы детали и выполнив расчет на прочность, предъявляет определенные требования к механическим свойствам стали при установленных размерах детали. Та­кие механические свойства обычно могут быть получены в нескольких марках сталей различной термической обработкой. Возникает инженерная задача выбора оптимального технико-экономического варианта.

Для изготовления малонагруженных деталей машин и приборов (валов, осей, зубчатых колес) можно использовать наиболее дешевые угле­родистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-88) в состоянии пос­тавки. Однако эти стали имеют сравнительно низкую прочность. Так, сталь Ст5сп имеет σв = 500 – 640 МПа, σ0,2 = 240 – 280 МПа. Значительно большую конструкционную прочность можно получить в качественных углеродистых сталях (ГОСТ 1050-74) после упрочняющей термической обработки - объемной закалки с отпуском. После улучшения стали 40, 45, 50 имеют σв = 600 – 800 МПа, σ0,2 = 400 – 600 МПа при высокой ударной вязкости.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Но углеродистые стали имеют низкую прокаливаемость. Детали из таких сталей при закалке в воде дают сквозную полумартенситную прокаливаемость в диаметрах (или толщинах) не более 20 мм.

Легированные стали обладают лучшей прокаливаемостью даже при закалке в масле. Поэтому для более крупных деталей, которые требуется прокалить насквозь, нужно выбирать легированную конструкционную сталь (ГОСТ 4543-71).

Для правильного, научно обоснованного выбора стали конструктор и технолог должны знать и учитывать распределение по сечению детали механических свойств и структуры, образующейся в результате термической обработки. О структуре в любой точке поперечного сечения детали после объемной закалки с достаточной для практики точностью можно судить по значениям твердости. Следовательно, задача сводится к установлению распределения твердости по сечению детали, что можно осуществить по данным торцовой закалки, т. е с помощью полос прокали­ваемости.

Имеются два метода выбора стали с учетом прокаливаемости: по критическому диаметру и по ее способности получать заданную твердость на определенной глубине. В основе первого метода, в отличие от второго, лежит универсальный структурный критерий - получение полумартен-ситной или мартенситной структуры в сердцевине изделия. Этот метод используется в данной работе. Полумартенситная структура при различном содержании углерода имеет различную твердость (табл.1), т. е. различные прочностные характеристики. То же относится и к мартенсит­ной структуре (табл. 2).


Оптимальное сочетание прочности и вязкости стали после отпуска обеспечивается при условии, когда в структуре после закалки не менее 90% мартенсита, а твердость не ниже минимально допустимых значений (рис. 1). Например, для изделий с твердостью после закалки и отпуска HRC 30 – 35 необходимо, чтобы твердость после закалки была не ниже HRC 45. При наличии в структуре 50% мартенсита и 50% троостита закалки предел выносливости снижается примерно на 20% и значительно снижается ударная вязкость, особенно при пониженных температурах. Но с увеличением содержания мартенсита в структуре сердцевины умень­шается критический диаметр прокаливаемости сталей. Приблизительно можно принять, что критический диаметр прокаливаемости на 95% мар­тенсита составляет 3/4 от полумартенситной [1,3], т. е. D95=3/4D50.


2. Порядок выполнения работы

Последовательность выполнения работы представлена в виде алго­ритма (рис. 2). Диаметр детали принимаем за критический диаметр закалки D50. По номограмме (рис.3) для этого критического диаметра, выставленного на шкале с приближенным отношением разме­ров детали L/D находим расстояние от торца до полумартенситной зоны стандартного образца. Охлаждающей средой при объемной закалке леги­рованных сталей служит минеральное масло. По графику (рис.1) находим оптимальную твердость в сердцевине детали после закалки HRC 40 в зависимости от твердости после отпуска и определяем наименьшее содержание углерода в стали по таблице 1. Далее по кривым прокаливаемости сталей с найденным или большим содержанием углерода делаем поиск подходящей марки стали по координатам: твердость полумартенситной зоны - расстояние от торца до полумартенситной зоны. Найденная точка должна находиться в поле полосы прокаливаемости, желательно ближе к нижней ее границе. Из выбранных марок стали по экономическим соображениям отдаем предпочтение наименее легированной стали, с мень­шим содержанием углерода. Ниже приведены пояснения к пользованию полосами прокаливаемости. Кривая прокаливаемости строится для одного образца стали. Нужная точка может не попасть на кривую прокаливаемос­ти. Если она окажется правее, твердость на таком расстоянии будет ниже требуемой и сталь не годна для нашей детали. Если же эта точка окажется левее кривой прокаливаемости, твердость будет вьше полумартенситной, значит и мартенсита в центре сечения детали будет больше 50%. Такая сталь подходит для изготовления детали. Полоса прокаливаемости обра­зуется из многих кривых прокаливаемости для серии плавок одной марки стали (например, для 100 плавок). Расстояние до полумартенситной зоны находится в пределах от нижней кривой (lmin) до верхней кривой (lmax) полосы прокаливаемости (по горизонтали) на уровне полумартенситной твердости. Если интересующая нас точка находится правее lmax, то сталь любой плавки будет иметь твердость меньше полумартенситной и не го­дится для детали. Если эта точка находится левее Wi, то любая плавка этой стали имеет


твердость выше полумартенситной.


Такая сталь подходит для изготовления детали. Если же точка находится в поле прокаливаемости между lmax и lmin, то часть полосы от этой точки до lmin имеет твердость меньше полумартенситной. В таком случае не все плавки данной марки стали годятся для изготовления детали. На практике нужно проверять фак­тическую прокаливаемость имеющихся сталей.

Если при закалке в масле в сердцевине детали не достигается полу-мартенситная структура ни в одной из имеющихся сталей, нужно прове­рить такую возможность при закалке в воде, которая обеспечивает большую прокаливаемость, так как быстрее охлаждает деталь, чем масло. Детали простой формы из легированных сталей можно закаливать в воде, не опасаясь образования закалочных трещин.

В легированных сталях с содержанием углерода менее 0,3% полу-мартенситная структура имеет твердость HRC < 40. Для таких сталей определяется Дкр с мартенситной структурой (Dm).

Критический диаметр закалки Dm определяется по номограмме Блан-тора, имеющей вверху соответствующую шкалу (мартенсит). Например, при L/D = 4 и диаметре детали D = 15 мм находим для объемной закалки в воде на шкале "мартенсит" деление 10 мм. Это означает, что для детали подходит сталь (с выбранным содержанием углерода), у которой на кривой прокаливаемости расстояние до полумартенситной структуры составляет 10 мм. Тогда после закалки в воде деталь в сердцевине будет иметь мартенситную структуру.

Если для заданного диаметра детали нет подходящей стали для полу­чения в сердцевине мартенситной структуры, можно проверить возмож­ность получения структуры с 95% мартенсита, пользуясь соотношениями: D = D95= 3/4D50; D50 = 1,3D.


D - диаметр детали, в которой нужно получить 95% мартенсита всердцевине, a D50 – соответствующий размер, отмеряемый на шкале номо­граммы для нахождения расстояния до полумартенситной зоны. Более точ­ные результаты можно получить, пользуясь графиком для определения D95 и Dm (рис. 4).

По вертикальной оси откладываем значение диаметра детали, в сердцевине которой после закалки в масле или в воде хотим получить мар­тенсит (Dm) или 95% мартенсита (D95). Тогда на горизонтальной оси нахо­дим соответствующие значения Dso, для которых по номограмме Блантера находим расстояние до полумартенситной зоны по шкале 50% мартенси­та + 50% троостита. Выбранная по полосам прокаливаемости сталь для D50 даст мартенсит или 95% мартенсита в сердцевине детали, но уже для мень­ших диаметров Dm или D95.


Для получения заданной прочности стали назначаем режим терми­ческой обработки детали: температуру закалки, продолжительность нагрева детали, закалочную среду, температуру отпуска, продолжитель­ность нагрева при отпуске, охлаждающую, среду. Низкоуглеродистые (це­ментуемые) стали после закалки подвергают низкому отпуску, т. к. ударная вязкость и пластичность у них достаточно высокие. Продолжительность
выдержки детали в печи зависит от диаметра (толщины) детали и условий
нагрева.

Общее время нагрева детали: ,

где τн - продолжительность нагрева до заданной температуры;
τв - выдержка при этой температуре.

Практически τв = 1 мин для углеродистых и 2 мин для легированных сталей. Поэтому при нагреве крупных деталей этой величиной можно пренебречь (когда τн » τв).

При нагреве до 800 – 900 °С время нагрева можно приближенно подсчитать по формуле [1]:

τн=0,1 DK1K2K3 ,

где D - минимальный размер максимального сечения детали;

К1 – коэффициент среды (для газа 2, расплавленных солей 1, для рас­плавленного металла 0,5); ,

К2 – коэффициент формы (для шара 1, цилиндра 2, параллелепипеда 2,5, пластины 4);

К3 – коэффициент равномерности нагрева (всесторонний нагрев 1, односторонний нагрев 4).

Расчет времени по приведенному способу действителен, если нагре­вающий агрегат (печь, ванна) достаточно мощный и внесенные в него холодные детали заметным образом не снижают температуры рабочего пространства. Иначе время нагрева может увеличиться в 2 – 3 раза.

Нагрев под отпуск протекает значительно медленнее, так как при низких температурах нагрев осуществляется главным образом конвекцией, а не лучеиспусканием. Можно принять продолжительность нагрева и вы­держки при отпуске на 30 минут больше, чем при закалке.

После отпуска охлаждение производят на воздухе, в масле или в во­де. Это зависит от размеров сечения деталей и химического состава стали. Некоторые стали склонны к обратимой отпускной хрупкости при медлен­ном охлаждении в районе 500 – 600°С. Детали из таких сталей нужно охлаж­дать ускоренно, часто в воде, что предотвращает охрупчивание. Склон­ность к обратимой хрупкости возникает у хромистых, хромоникелевых, марганцовистых сталей. Крупные детали невозможно быстро охладить да­же в воде. Поэтому для таких деталей следует использовать стали с добав­ками молибдена (менее 0,4%) или вольфрама (менее 0,8%), которые устраняют отпускную хрупкость. Если сталь не склонна к отпускной хруп­кости, деталь после отпуска можно охладить на воздухе.

3. Индивидуальные занятия

Для ответственной детали диаметром D и определенным отношением длины к диаметру L/D (задаются преподавателем) выбрать марку стали и назначить режим термообработки, обеспечивающий наилучшее сочетание прочности и вязкости. Сделать вывод по работе и оформить ее в виде отчета.

ЛИТЕРАТУРА

Гуляев .-М: Металлургия, 1986.-544 с.

, ,Материаловедение.-М.: Машино­
строение, с

. 3. , Николаева стали: Справочник -4-е изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение. 19с.

Материалы в машиностроении. Справочник: в 5-ти т.,под ред.
. М-Машиностроение, тс.

Металловедение и термическая обработка. Справочник под ред.
, , . - М.: Металлургия. -1956.
-1204 с.








Министерство образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

КРИ СТАЛЛИЗАЦИЯ,

ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ

И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Методические указания

к лабораторной работе

для студентов специальностей 120100

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов 2009

Введение

Методические указания к учебно–исследовательским Лабо­раторным работам (УИЛР) "Кристаллизация, пластическая дефор­мация и рекристаллизация металлов и сплавов" предназначены для изучения части курса "Материаловедение". Они составлены таким образом, чтобы при выполнении лабораторных работ у сту­дентов, кроме усвоения лекционного материала, дополнительно прививались навыки к самостоятельной научно-исследовательской работе.

Написанный в соответствии с указаниями отчёт по лабора­торной работе соответствует обычно принятой методике состав­ления отчёта по научно-исследовательской работе. Для этого отчёт по каждой УИЛР, должен содержать разделы, включающие краткую теоретическую часть, методику эксперимента, результа­ты эксперимента и их обсуждение и выводы.

Методические указания содержат рекомендации о том, что должен содержать каждый раздел, его объём и порядок выполне­ния УИЛР. Для облегчения составления отчётов по первым рабо­там приведены примеры написания каждого раздела. По этим ра­ботам студента получают фактический материал из собственного эксперимента и вносят при необходимости свои коррективы при­менительно к конкретным условиям проведённого эксперимента. Постепенно УИЛР усложняются. Примеры составления разделов не приводятся. Вместо этого ставятся наводящие вопросы. Отвечая на эти вопросы, студент составляет отчёт по работе. В после­дующих работах исключается также наводящие вопросы, чтобы студенты, пользуясь ранее полученными навыками, самостоятель­но решали, поставленные задачи исследования. Достоинство та­кого метода усложнения лабораторных работ студентов состоит в том, что преподаватель может всегда получить ответ на во­прос, как был усвоен ранее полученный материал и какие кавы­ки самостоятельное научно-исследовательской работы получал каждый студент.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА I

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ НА СТЕПЕНЬ ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЯ И РАЗМЕР ЗЕРНА ПРИ ПЕРВИЧНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛОВ

В первом разделе отчёта по УИЛР "Введение" должна быть сделана общая оценка исследуемого вопроса и его значение с точки зрения народнохозяйственных задач, решаемых в курсе "Ма­териаловедение". Здесь также должна быть поставлена задача ис­следования. Содержание этого раздела описано в нижеприведённом примере.

Пример

I. I. Введение

Первичная кристаллизация формирует структуру металлов и сплавов, в частности, определяет размер зерна и имеет большое значение в технике. Рациональное управление этим процессом по­зволяет значительно повышать Механические и физические свойст­ва металлов и сплавов, что приводит к уменьшению габаритов, массы и снижению себестоимости машин и аппаратов. Для рациональ­ного управления процессом первичной кристаллизации необходимо изучить её законы.

Задачей данной работы являлось установление влияния ско­рости охлаждения во время первичной кристаллизации на размер зерна в слитке.

Во втором разделе отчёта по УИЛР "Теоретическая часть" должно содержаться описание состояния изучаемого вопроса по литературным данным. При этом делаются ссылки на литературные ис­точники, номера ссылок отмечаются цифрами, заключёнными а квад­ратные скобки. В конце отчёта приводятся библиографические описания литературных источников. В этом разделе могут быть приведены таблицы., графики., формулы и рисунки структур, если эти данные позволят сократить текстовую часть или смогут облегчить усвоение изучаемого вопроса. Объём, структура и содержание этого раздела показаны в примере.

Пример

1.2. Теоретическая часть

Известно [1], что кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит в термодинамически более устойчивое состояние с меньшим запасом свободной энергии F. Если превра­щение происходит с небольшим изменением объёма то:

F = H - TS,

где Н - полная энергия системы; Т - абсолютная температура; S - энтропия.

Изменение свободной энергии жидкого и твёрдого состояний в зависимости от температуры показано графически на рис. 1. Выше температуры Тпп более устойчиво жидкое состояние металла, имеющего меньший запас свободной энергии Fж, а ниже этой температуры - устойчиво твёрдое состояние металла. При температуре Тпл величины свободных энергий жидкого и твёрдого состояний равны. Температура называется равновесной темпера­турой плавления или кристаллизации. При этой температуре жид­кая и твёрдая фазы могут сосуществовать бесконечно долго. Про­цесс кристаллизации при этой температуре ещё не начинается. Он может начаться тогда, когда между жидким и твёрдым состоя­нием возникает разность свободных энергий ΔF. Следовательно, процесс кристаллизации может протекать только при переохлаж­дении металла ниже равновесной температуры Тпл. Разность между температурами Т плавления. и Т кристаллизации ΔТ = Тпл - Тк называется степенью переохлаждения. Степень переохлаждения зависит от скорости охлаждения. При увеличении скорости охла­ждения степень переохлаждения возрастает.


Степень переохлаждения влияет на размер зерна при крис­таллизации металлов и сплавов. Размер зерна определяется в зависимости от числа зapoдышей кристаллизации и скорости их роста. При небольшой степени переохлаждения число зародышей мало, о этих условиях в слитке получается более крупнее зерно. С увеличением степени переохлаждения скорость образования зародышей возрастает и размер зерна в затвердевшем металле уменьшается.

В третьем разделе отчёта по УИЛР "Методика эксперимента" должно содержаться описание объекта исследования, последовательности ре­шения поставленной за­дачи; приводится крат­кое описание технологи­ческого оборудования, методов и средств, измерений. Должна быть дана оценка погрешности из­мерений и описан метод обработки результатов эксперимента. В этом разделе должны быть ука­заны требования безопас­ности труда. Удержание этого раздела показано в нижеследующем примере.

Пример

1.3. Методика эксперимента

В качестве объекта исследования была выбрана сурьма. Это связано с тем, что при её кристаллизации наблюдается достаточ­но высокая степень переохлаждения, достигающая 135 °С.

Кусочки сурьмы помечались в три алундовых тигля и нагре­вались до температура 700 °С в муфельной электропечи МП-2У. Выдержка составляла 20 минут. Затем электропечь выключали и два тигли извлекали из печи. Один из них охлаждали на воздухе, и другой - на массивной медной подложке. Оставшийся тигель охлаждали вместе с печью. При этом измеряли температуру, записывали кривые охлаждения. Запись производили на диаграмме трёхточечного автоматического потенциометра КСП – 4. Температуру измеряли погружением термопары гр. ХА в расплав металла. Точность измерения температуры составляла не ниже 0,5%, и максимальная погрешность при температуре 700 °С не превышала ± 3,5 °С. По кривым охлаждения определяли скорость охлажде­ния в момент кристаллизации и температуру кристаллизации Тк. Определяли степень переохлаждения ΔТ, как разность между Тк и равновесной температурой Тпл равной для сурьмы 630 °С. Полу­ченные данные заносили в таблицу.

Из слитков изготавливали образцы – микрошлифы и исследова­ли их структуру под металломикроскопом МИМ – 6 или МИМ – 7 при увеличениях х100. При этом для каждого образца подсчитывали количество зёрен n, находящихся в поле зрения. Затем из отно­шения I/n определяли относительный объём зерна.

Требования безопасности труда

При выполнении работы необходимо проявить внимание и ос­торожность при извлечении и переносе тигля с расплавом метал­ла. Перед извлечением тигля необходимо отключить электропечь. Не допускается делать резких дви­жений и наклонять тигель при его переносе.

После изучения первых трёх разделов необходимо приступить к выполнению экспериментальной части работы.

В четвёртом разделе отчёта по УИЛР "Результаты экспери­мента и их обсуждение" должны содержаться результаты экспери­мента, оформленные в виде таблиц, графиков и рисунков микро­структур, которые сопровождаются текстовым обсуждением. Содержание этого раздела показано в нижеследующем примере.

Пример.

1.4. Результаты эксперимента и их обсуждение


Результаты эксперимента представлены на рис. 2 в виде кривых охлаждения и в таблице.

Из графиков, показанных на рис. 2, следует, что на кри­вых охлаждения имеется горизонтальный участок. Это свидетель­ствует о том, что первичная кристаллизация сурьмы происходит при постоянной температуре. Различный угол наклона кривых охлаждения вблизи горизонтального участка свидетельствует о разной скорости охлаждения образцов. Из данных, приведённых в таблице, следует, что с минимальной скоростью охлаждались образцы в электропечи. При уменьшении скорости охлаждения тем­пература кристаллизации повышается и соответственно уменьша­ется степень переохлаждения расплава от (70 ± 3,5) °С до (10 ± 3,5) °С. При этом возрастает относительный объём зерна.

В пятом разделе отчёта по УИЛР "Выводы" доджно быть сде­лано краткое обобщение сущности выполненной работы и должен содержаться ответ на те вопросы, которые были сформулированы в задаче исследования. Содержание этого раздела показано в следующем примере.

Пример

Выводы

Установлено на примере сурьмы, что увеличение скорости охлаждения во время первичной кристаллизации металла приводит к увеличению степени переохлаждения и к измельчении зерна в слитке.

Отчёт по УИЛР должен заканчиваться списком использованной литература, приводимой в списке сведения о книгах, должны включать фамилию, инициалы автора, название книги, место издания, издательство, год издания и объём в страницах. Для данной ра­боты он показан в нижеследующем примере.

Пример

Литература

1. Лахтин , и термическая обработка металлов.-М.: Металлургия, 1977 – 408 с.

ЛАБОРАТ0РНАЯ РАБОТА 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТЕПЕНИ ХОЛОДНОЙ ПЛАСТИЧЕСК0Й ДЕФОРМАЦИИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСИВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

В методических указаниях к предыдущей УИЛР было показано, какие разделы включает отчёт по УИЛР и что должен содержать каждый раздел. Были приведены примеры составления каждого раздела отчёта. В указаниях к данной работе будет также дан пример составления первых трёх разделов. Но по четвёртому раз­делу отчёта будет показана лишь форма представления результа­тов эксперимента с перечислением наводящих вопросов, необхо­димых для анализа результатов эксперимента. Выводы по работе также необходимо будет сформулировать, отвечая на поставлен­ный вопрос.

Пример

2.1. Введение

Пластическая деформация приводит к изменению структуры и физико – механических свойств металлов и сплавов. Этим поль­зуется на практике для создания текстуры деформации и наведе­ния анизотропии физико-механических свойств металлов и спла­вов. Необходимо установить законы пластической деформации для управления процессом получения холоднокатанного сортового проката. Этот npoцeсc имеет большое народнохозяйственное значение.

Как известно из общего курса "Металловедение", должна су­ществовать определённая связь между степенью холодной пласти­ческой деформации, структурой и свойствами металлов и сплавов. Поэтому задачей настоящей работы является установление этой связи и, в частности, влияния степени холодной пластической деформации на структуру и свойства металлов и сплавов.

2.2. Теоретическая часть

Известно [1], что механизм пластической деформации свя­зан с размножением и перемещением дислокации в кристаллической решётке. Дислокации могут зарождаться ещё во время кристаллиза­ции металлов и сплавов. Под влиянием напряжений они могут раз­множаться, например, по механизму источника Франка-Рида, Дис­локации перемещаются в кристаллах двумя способами - скольжени­ем и переползанием. При скольжении дислокация перемещается в направлении, соответствующем её вектору Бюргерса, а при пере­ползании под углом к нему. Процесс переползания дислокаций — это диффузионное смещение дислокационной линии вследствие присоединения к ней вакансий или межузельных атомов. Основные процессом холодной пластической деформации является скольжение. При этом плоскости и направления скольжения не могут быть про­извольными и образуют определённые системы скольжения. Число возможных систем скольжения различно в системах с разными типа­ми кристаллических решёток. Например, у никеля с ГЦК – решёткой оно равно 12, а у железа с ОЦК – решёткой оно равно 48.

Пластическая деформация металлов и сплавов с поликристал-лической структурой начинается сразу по нескольким системам скольжения и сопровождается изгибами и поворотами плоскостей скольжения. При этом параллельные плоскости скольжения объеди­няются в пачки плоскостей, которые выявляются на оптическом ме­талломикроскопе в виде линий, пересекающих по шлифу каждое отдельно взятое зерно. С ростом деформации изменяется форма зё­рен. Зерна постепенно вытягиваются (рис. 3) и плотность дефек­тов (дислокации) возрастает до некоторого предельного уровня (1013см–2). Границы зёрен затушёвываются деформированной структурой в оболочке зёрен. При деформациях более 40% образуется волокнистая структура. Увеличение количества дефектов приводит к тому, что пере­мещение дислокаций затрудняется. Это при­водит к упрочнению металлов и сплавов.

Уровень запасён­ной наклёпанным метал­лом (сплавом) энергии на 5 – 10% выше, чем до деформации. Эта прибавка энергии затрачи­вается на образование добавочной плотности дефектов и возникновение упругих искажений ре­шётки. Свойства меня­ются тем сильнее, чем больше степень дефор­мации. После деформи­рования увеличиваются прочностные характерис­тики и понижаются вяз­кость и пластичность.

2.3. Методика эксперимента

Методика эксперимента включала деформацию с различной степенью образцов из малоуглеродистой стали 10 на гидравли­ческом прессе. Степень деформации определялась из соотноше­ния

,

где h1 – высота образцов до деформации, мм; h2 – высота образцов после деформации, мм. Высота образцов измерялась штангенциркулем ШЦO – 160 ГОСТ 166 – 73 с точностью до 0,05 мм. Степень деформации изменялась в пределах от 0 до 50% с интервалом через 10%. После дефор­мации измерялась твёрдость образцов на твердомере ТК – 2М. Среднеарифметическое значение твёрдости образца определялось из трёх измерений. Погрешность при измерении твёрдости не превышала ± 2 ед. Микроструктура исходного и деформированных образ­цов при увеличениях х 100 изучалась под металломикроскопами МИМ – 6 и МИМ – 7.

Требования безопасности труда

Особые требования безопасности труда не предъявляются. После изучения первых трёх разделов необходимо приступить к выполнению экспериментальной части работы.

2.4. Результаты эксперимента и их обсуждение

Ниже приведены примерные формы представления результа­тов исследования.


Из представленных данных в таблице и на рис. 4 и 5 видно, что...

Далее, письменно отвечая на нижеследующие вопросы, не­обходимо проанализировать полученные результаты. Ответы должны быть такими, чтобы получилось последовательное логичес­кое обсуждение результатов эксперимента. Что происходит с твёрдостью образцов стали после холодной пластической дефор­мации? Как зависит твёрдость от степени холодной пластичес­кой деформации? Сопровождается ли увеличение твёрдости изме­нениями микроструктуры стали? Как изменяется микроструктура? Наблюдаются ли на шлифе плоскости скольжения? Изменяется ли форма зёрен? Чем можно объяснить повышение твёрдости образцов при увеличении степени холодной пластической деформации?

Вывод.

Установлено, что...

Далее, письменно отвечая на нижеследующий вопрос, нужно сформулировать вывод по данной работе.

Как изменяются твёрдость и микроструктура образцов ста­ли 10 при увеличении степени холодной пластической деформации?

Литература

1. - Металловедение и термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 1977 – 408c.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА

НА СТРУКТУРУ И ОВОЙСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

В отчёте по данной УИЛР разделы 3.1 "Введение" и 3.2 "Те­оретическая часть" необходимо составить самим студентом пись­менно, отвечая на нижеследующие вопросы. Для составления отве­тов можно пользоваться рекомендованной литературой. При этом необходимо сделать ссылки на используемую литературу.

3.1. Введение

Какие процессы протекают при нагреве холодно – деформирован­ных металлов и сплавов? Как при этом изменяется количество де­фектов кристаллического строения? Как изменяются свойства холоднодеформированных металлов и сплавов? Какое значение имеют предрекристаллиэационные и рекристаллизационные процессы в ме­таллах и сплавах с точки зрения поставленных перед страной на­роднохозяйственных задач? Что является задачей данной работы?

3.2. Теоретическая часть

Как изменяется количество дефектов в процессе возврата?
Как изменяются свойства в процессе возврата? Как изменяется
количество дефектов после рекристаллизации обработки? Как из­
меняется структура металла и сплава после рекристаллизации об­работки? Как изменяются свойства после рекристаллизации обра­ботки? Как изменяется структура после собирательной рекристал­лизации обработки?

3.3. Методика эксперимента

Методика эксперимента включала отжиг при различной температуре образцов из стали 10, подвергнутых холодной пластической деформации со степенью 40 – 50%. Нагрев проводился в муфельной электропечи МП – 27. Контроль и регулирование температуры осуществлялись электронным автоматическим потенциометром КСП – 3. Погрешность при измерении температуры не превышала ± 10 °С. После нагрева до температур 300, 400, 530, 550, 600, 700 и 800 °С. Проводили изометрическую выдержку в течение 10 минут. Затея образцы охлаждали на воздухе. На заточном станке зачищали торцы образцов от окалины и измеряли их твёрдость HRB по ГОСТ 9013-60 на твердомере ТК – 2М. Среднеарифметическое значе­ние твёрдости определяли из трёх измерений. Погрешность при измерении твёрдости не превышала ± 2 ед.

Микроструктуру образцов в исходном и отожжённой состояни­ях изучали на металломикроскопах МИМ – 6 и МИМ – 7 при увеличениях х 240.

Требования безопасности труда

При выполнении работы необходимо проявлять внимание и осторожность при извлечении образцов из электропечи. Перед извлечением образков необходимо отключить электро­печь.

После подготовки разделов "Введение" и "Теоретическая часть" и изучения методики эксперимента необходимо приступить к выполнению экспериментальной части работы.

3.4. Результаты эксперимента и их обсуждение

Ниже приведены примерные форма представленных результа­тов исследования.



Из представленных данных в таблице и на рис. 6 и 7 видно, что...

Далее, письменно отвечая на нижеследующие вопросы, необ­ходимо проанализировать полученные результаты. Ответы формулировать таким образом, чтобы получилось последовательное логическое обсуждение результатов эксперимента.

Что происходит с твёрдостью образцов после отжига? Как зависит твёрдость от температуры отжига? Сопровождается ли уменьшение твёрдости изменениями микроструктуры стали? Как изменяется микроструктура? Наблюдается ли рост зерна при уве­личении температуры отжига? Чем можно объяснить понижение твёрдости образцов после отжига?

В каком температурном интервале происходит процесс ре­кристаллизации обработки? В каком температурном интервале происходит процесс возврата? Наблюдается ли при этом измене­ние макроструктуры и уменьшение твёрдости? Какими изменения­ми в микроструктуре сопровождается этот процесс? Происходит ля уменьшение твёрдости после завершения процесса собиратель­ной рекристаллизации?

Вывод

Установлено, что...

Далее, письменно отвечая на нижеследующий вопрос, нужно сформулировать вывод по данной работе.

Как изменяется твёрдость и микроструктура образцов стали 10 при увеличении температуры отжига?

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ, ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Методические указания

к учебно-исследовательским лабораторным работам

по курсу "Материаловедение"

Составили: Вячеслав Николаевич Сопляченко,

Владимир Степанович Земченков

Под редакцией

Богатин
Панина
Техн. редактор
Трунова

Лицензия ЛР № 000 от 15.11.96

Подписано в печать 13.01.84 Формат 60x84 1/16

Бум. тип. Усл.-печл. 0,93 (1,0) Уч.-изд. л 1,0

Тираж 100экз. Заказ 576 Бесплатно.

Саратовский государственный технический университет

410054 7

Копипринтер СГТУ, 410054 7

Министерство образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

МИКРОСТРУКТУРНЫЙ

АНАЛИЗ ПЛАСТМАСС

методические указания

к выполнению лабораторной работы

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3