К вопросам  31ч50.  Перед ответом на эти вопросы необходимо изучить темы 1.6,1.7 и 1.8. Для лучшего усвоения этих тем рассмотрите информацию, приведенную ниже.

Термическая обработка (ТО) проводится с целью улучшения механических свойств сплавов: прочности, твердости, пластичности, вязкости, упругости, а также для снятия внутренних напряжений металла, полученных при литье, обработке давлением, сварке, для улучшения обрабатываемости резанием и давлением, стабилизации размеров. Процесс термической обработки включает три последовательные операции: нагрев металла с определенной скоростью до необходимой температуры, выдержку при этой температуре в течение некоторого времени, охлаждение  с заданной скоростью. В процессе термической  обработки изменяется структура сплав,  а значит и его свойства. Основными видами термической обработки стали являются отжиг, нормализационный  отжиг (нормализация) , закалка и отпуск.

При отжиге, нормализации и закалке стали  нагрев ведут до температуры, при которой образуется структура аустенита. В процессе  охлаждения нагретой стали из аустенита могут образовываться структуры перлит, сорбит, троостит, мартенсит, обладающие разными свойствами. Вид полученной структуры зависит от скорости охлаждения, которая определяется  охлаждающей средой, в которой ведется охлаждение. Наиболее часто  охлаждение производят с печью(при отжиге), на воздухе( при нормализации и отпуске), в воде или масле( при закалке).

Температуру нагрева определяют по диаграмме состояния железо-цементит( приложение А, рисунок 2). При отжиге, нормализации и закалке  доэвтектоидных  сталей нагрев ведет на 30ч500С выше критической точки  Ас3 , для эвтектоидной и заэвтектоидных сталей – на 30ч500С выше температуры критической точки Ас1( при нормализации – выше точки Асm). Критической точки Ас1 , Ас3 , Асm –это точки расположенные на линиях  диаграммы GS(точки Ас3 ), PSK (точки Ас1) , SE ( точки Асm). Для  определения температуры критических точек необходимо  провести вертикальную линию, соответствующую  содержанию углерода в рассматриваемой стали. Точка пересечения этой линии с одной из указанных выше линий диаграммы и будет искомой  критической точкой Ас1 (или Ас3 , или Асm).

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Окончательной термической  обработкой при изготовлении деталей машин и инструментов  является закалка с последующим отпуском. В результате закалки в структуре стали  образуется  мартенсит. Сталь с такой структурой приобретает  высокие твердость и прочность, однако другие  свойства у нее низкие. Для получения у стали требуемых свойств после закалки обязательно проводится отпуск. В процессе отпуска мартенсит  видоизменяется или превращается в другие структуры, в результате чего сталь получает новые свойства. В зависимости от температуры нагрева, различают три вида отпуска :низкий, средний и высокий. При низком отпуске в стали образуется  видоизмененный мартенсит - мартенсит отпуска. В результате сталь сохраняет  высокие твердость и прочность, в ней снижаются закалочные напряжения, уменьшается незначительно хрупкость. Низкому отпуску подвергают режущие и измерительные инструменты и детали, подвергаемые поверхностной закалке, цементации, нитроцементации. При среднем отпуске мартенсит превращается в троостит отпуска. Сталь с такой структурой  обладает высокими упругостью и выносливостью, удовлетворительной вязкостью. Среднему отпуску подвергают пружины и рессоры, некоторые виды штамповоного инструмента. При высоком отпуске мартенсит превращается в сорбит отпуска. Такая структура  обеспечивает для стали хорошую прочность  в сочетании с высокой вязкостью. Закалку с высоким отпуском называют улучшением. Высокому  отпуску подвергают детали машин из  среднеуглеродистых сталей, работающих в условиях  динамических(ударных) и переменных нагрузок.

Пример 2.Выберите  и опишите  способы  закалки и отпуска для упрочнения вала из стали 40, работающего в подшипниках качения.  Пользуясь  диаграммой состояния Fe-Fe3C, найдите температуру нагрева вала для выбранной термической обработки. Опишите структурные превращения и изменения в свойствах, которые происходят  при термообработке вала.

Решение. Вал-деталь простой формы, поэтому выбираем для него закалку в одном охладителе(непрерывную закалку). Такой способ закалки  проводится путем нагрева  вала до определенной температуры, выдержке его при этой температуре и последующем быстром охлаждении.

Температуру нагрева под закалку  определяем по диаграмме состояния Fe-Fe3C(приложение А, рисунок 2). Сталь 40 содержит 0,4% углерода, по структуре – доэвтектоидная. Поэтому вал под закалку необходимо нагреть до температуры на 30ч500С выше критической точки Ас3 . В соответствии  с диаграммой состояния Fe-Fe3C температура  точки Ас3  для стали 40 составляет 8000С. Тогда температура нагрева вала под закалку будет  равна –

t=Ac3+(30ч50 )0С=800+(30ч50)0C=830ч8500C

Для нагрева вал помещают в печь, разогретую  до заданной температуры. Время нагрева зависит от размеров вала и условий нагрева. После  нагрева вала до заданной температуры дается выдержка, составляющая 15ч25% от времени  нагрева. После выдержки вал вынимают  из печи и охлаждают в воде до комнатной  температуры.

До закалки сталь 40 имела структуру перлит+феррит, была мягкой, непрочной. В результате  нагрева сталь получает структуру  аустенита, а при охлаждении аустенит превращается в мартенсит. Сталь с такой структурой  приобретает  повышенные прочность и твердость, но  низкую вязкость.

Для повышения вязкости вал необходимо подвергнуть высокому отпуску. Для этого закаленный вал необходимо нагреть до температуры 550ч6000С и после  выдержки при этой температуре в течение 1ч2,5 часов (время выдержки зависит от размеров вала) охладить на воздухе. В процессе  выдержки мартенсит  закаленной стали  превратиться  в сорбит отпуска. При этом заметно увеличится вязкость стали, прочность и твердость стали уменьшается, но останутся достаточно высокими.

Закалка с последующим высоким отпуском  обеспечивают наилучшее соотношение прочности и вязкости стали. Такую термическую обработку называют улучшением.

Вопросы 71ч90 требуют знаний по расшифровке марок металлических сплавов в марках сплавов зашифрована определенная информация, позволяющая определить вид сплава ( сталь, чугун, бронза и т. д.), его химический состав, примерные механические и технологические свойства, применение. Умение расшифровывать  марки сплавов позволяет быстрее и точнее ориентироваться в выборе сплава для изготовления деталей машин и конструкций, инструментов. 

Правила маркировки, примеры расшифровки  марок  конструкционных и инструментальных металлических сплавов приведены  в приложении Б.


Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4