Лабораторно - практическая работа "Закалка и отпуск стали".

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № Оценка ЗАКАЛКА И ОТПУСК СТАЛИ
Группа
Ф.И.О.
Дата

Цель работы: Изучение влияния закалки и отпуска на механические свойства сталей.

Краткие теоретические сведения: Для того, чтобы повысить механические свойства стали, производится ее закалка с последующим отпуском. Термообработка (закалка) заключается в том, что сталь нагревают до определенной температуры, благодаря чему изменяется структура металла. Это позволяет повысить прочность, износостойкость и хладоломкость (то есть, способность металла не ломаться и не трескаться при холодной обработке).
Скорость и температура нагрева, а также время выдержки при данной температуре и скорость охлаждения, определяют режимы выполнения работы. После завершения данного процесса конструкционные стали становятся более прочными, а инструментальные – твердыми и износостойкими. Закаленная сталь становится по своей структуре мартенситом.
В зависимости от химического состава выбирается температура нагрева для закаливания. Доэвтектоидные разновидности нагревают до температуры выше точки АС3 на 30-50 градусов и позволяют получать материал однородного аустенита, который охлаждают со скоростью, превышающей скорость закалки. В результате этого сталь превращается в мартенсит, а закалка носит название «полной». Если доэвтектоидную сталь нагревать до критической температуры АС1 – АС3, то мартенсит может сохранить в своей структуре феррит, который снизит ее твердость.
     Заэвтектоидная разновидность нагревается выше АС1 на 20-300 С, это называется «неполной закалкой». Цементит сохраняется в процессе нагрева и охлаждения, что способствует повышению твердости (цементит тверже мартенсита).
    После нагрева состав требуется быстро охладить при температуре 650-550 С (при данной температуре аустенит менее устойчив), чтобы получить структуру мартенсита. В том случае, когда аустенит превращается в мартенсит при температуре ниже 240 С, применяется замедленное превращение, при котором внутренне напряжение выравнивается, а твердость мартенсита сохраняется. Для того чтобы термообработка прошла успешно, необходимо правильно подобрать закаливающую среду.
    Чаще всего закалка стали проводится в воде, 5-10 % растворе едкого натра, масле или же поваренной соли. Углеродистые стали закаливают в воде с температурой 180 С, а легированные – в минеральном масле.

Способы закалки бывают следующие:

• Закалка в одной среде (охладителе). При этом способе нагретую до определенной температуры заготовку помещают в закалочную среду, где она находится до полного охлаждения. Этот способ применяют для простых деталей из углеродистой и легированной сталей;
• Закалка в 2-х средах (прерывистая). Детали быстро охлаждают в воде, а затем медленно в масле. Применяют для высокоуглеродистых сталей;
• Закалка струйчатая. Определенная часть детали интенсивно обрызгивается струей воды. Она производится на установках ТВЧ и в индукторах;
• Закалка ступенчатая. Закалка производится в среде, температура которой выше, чем мартенситная точка данного типа материала. Деталь, охлаждаемая и выдерживаемая в закаливающей среде, приобретает одинаковую температуру во всех точках сечения. Далее деталь медленно охлаждается и происходит процесс превращения аустенита в мартенсит;
• Закалка изотермическая. При таком способе деталь выдерживается в закаливающей среде время, при котором происходит изотермическое превращение аустенита в мартенсит, чем и отличается от ступенчатой закалки.

      После того, как материал подвергли закаливанию, производится его отпуск. Отпуском стали называется техпроцесс, при котором закаленный на мартенсит металл подвергается мартенситному распаду или рекристаллизации. Отпуск производится с целью придания стали высокой пластичности и снижения хрупкости с сохранением прочности. Он заключается в нагреве детали до температуры от 150-260 до 370-650 С, после чего производится медленное остывание.

     Он может быть следующих видов:
• низкотемпературный, проводимый до 250 С для деталей из низколегированных и углеродистых сталей. Все металлорежущие и измерительные инструменты подвергаются низкотемпературному отпуску;
• среднетемпературный, проводится при температуре 350-500 С. Его проводят для пружин, штампов и рессор. После отпуска детали охлаждают в воде. Такой способ значительно увеличивает срок службы пружин;
• высокотемпературный. Он проводится при температурах в 500-680 С и дает возможность для сохранения высокой прочности, вязкости, а также пластичности. Применяется для валов и зубчатых колес. 

Оборудование: Муфельная печь, твердомер, напильники, тиски, образцы для закаливания.

Порядок выполнения работы:

1.     Определите твёрдость образцов до закалки.

2.     По таблице 1 выберите температуру нагрева для каждого образца.

3.     Нагрейте образцы до указанной температуры и выдержите их в печи до выравнивания температуры печи и образца.

4.     Охладите деталь в воде.

5.     Измерьте твёрдость по Роквеллу.

6.     Произведите отпуск образца в соответствии с данными таблицы 1.

7.     Заполните таблицу 2.

Таблица 1

Марка стали	Температура нагрева для закалки	Охлаждающая среда	Темпера отпуска	Твёрдость HRC после закалки
30	850…890	вода	300…400	50…41
			400…500	41…31
			500…600	31…23
45	810…840	вода	200…300	54-55
			300…400	50-41
			400…500	41-31
У8	770…800	вода	160…200	61-63
			200…300	61-63
			300..400	37-46

Таблица 2

Образец	Марка стали	Твёрдость HRC до закалки	Температура нагрева,  С.	Время нагрева мин.	Способ охлаждения	Твёрдость HRC после закалки	Температура Отпуска С.	Твёрдость HRC после отпуска	Предполагаемая структура.
1	У8
2	45
3	30