Термическая обработка конструкционной стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Восточно-Сибирский государственный университет

технологий и управления» (ВСГУТУ)

Кафедра «Металловедение и технологии обработки материалов»

Термическая обработка конструкционной стали

Отчёт по лабораторной работе по дисциплине:

«Технология и оборудование термической обработки металлов и сплавов»

Выполнил: ст-т гр Б414 Шитни А.В.

Проверил: к.т.н., доц. Мосоров В.И.

Улан - Удэ 2017

Содержание

Введение

Основы теории термической обработки сталей

Материалы, оборудование и методы исследования

Объекты исследования

Приготовление металлографических микрошлифов

Металлографический анализ микрошлифов

Результаты исследования

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Упрочнению термической обработкой подвергаются до 8-10% общей выплавки стали в стране. В машиностроении объём термического передела составляет до 40% стали, потребляемой этой отраслью. Номенклатура упрочняемых деталей велика - от деталей приборов, разнообразных деталей машин до крупных элементов металлургического, транспортного, энергетического оборудования. [1].

Основными видами термической обработки, различно изменяющими структуру и свойства стали и назначаемыми в зависимости от требований, предъявляемых к полуфабрикатам (отливкам, поковкам, прокату и т.д.) и готовым изделиям, являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск. [1].

Целью лабораторной работы является определение марки стали образца, назначение режима и проведение термической обработки. Проведение металлографического анализа образца после термической обработки.

Основы теории термической обработки сталей и сплавов

Свойства сплава зависят от его структуры. Основным способом, позволяющим изменять структуру, а, следовательно, и свойства является термическая обработка. Основы термической обработки разработал Чернов Д.К.. В дальнейшем они развивались в работах Бочвара А.А., Курдюмова Г.В., Гуляева А.П.

Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, выполняемых в определенной последовательности при определенных режимах, с целью изменения внутреннего строения сплава и получения нужных свойств.

Различают следующие виды термической обработки:

1. Отжиг 1 рода - возможен для любых металлов и сплавов. Его проведение не обусловлено фазовыми превращениями в твердом состоянии. Нагрев, при отжиге первого рода, повышая подвижность атомов, частично или полностью устраняет химическую неоднородность, уменьшает внутренние напряжения.

Основное значение имеет температура нагрева и время выдержки. Характерным является медленное охлаждение.

Разновидностями отжига первого рода являются:

* диффузионный;

* рекристаллизационный;

* отжиг для снятия напряжения после ковки, сварки, литья.

2. Отжиг II рода - отжиг металлов и сплавов, испытывающих фазовые

превращения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении. Проводится для сплавов, в которых имеются полиморфные или эвтектоидные превращения, а также переменная растворимость компонентов в твердом состоянии. сталь металлографический микрошлиф нагрев

Проводят отжиг второго рода с целью получения более равновесной структуры и подготовки ее к дальнейшей обработке. В результате отжига измельчается зерно, повышаются пластичность и вязкость, снижаются прочность и твердость, улучшается обрабатываемость резанием.

Характеризуется нагревом до температур выше критических и очень медленным охлаждением, как правило, вместе с печью.

3. Закалка - проводится для сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении, с целью повышения твердости и прочности путем образования неравновесных структур (сорбит, троостит, мартенсит).

Характеризуется нагревом до температур выше критических и высокими скоростями охлаждения.

4. Отпуск - проводится с целью снятия внутренних напряжений, снижения твердости и увеличения пластичности и вязкости закаленных сталей.

Характеризуется нагревом до температуры ниже критической А.

Скорость охлаждения роли не играет. Происходят превращения, уменьшающие степень неравновесности структуры закаленной стали.

Термическую обработку подразделяют на предварительную и окончательную.

Предварительная - применяется для подготовки структуры и свойств материала для последующих технологических операций (для обработки давлением, улучшения обрабатываемости резанием).

Окончательная - формирует свойство готового изделия.

Материалы, оборудование и методы исследования

Объекты исследования

Марка: 60 (заменители 55, 65Г)

Класс: Сталь конструкционная углеродистая качественная

Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-88, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 7419 0-78, ГОСТ 7419-1-78, ГОСТ 7419 3-78, ГОСТ 7419 5-78, ГОСТ 7419 8-78. Лист толстый ГОСТ 19903-74, ГОСТ 1577-93. Лента ГОСТ 1530-78, ГОСТ 2284-79, ГОСТ 21996-76 , ГОСТ 21997-76 . Полоса ГОСТ 103-2006, ГОСТ 82-70, ГОСТ 1577-93. Проволока ГОСТ 9389-75.

Использование в промышленности: цельнокатаные колеса вагонов, валки рабочие листовых станов для горячей прокатки металлов, шпиндели, бандажи, диски сцепления, пружинные кольца амортизаторов, замочные шайбы, регулировочные шайбы, регулировочные прокладки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой прочности и износостойкости

Химический состав стали 60: таблица 1

Термообработка: Закалка и высокий отпуск

Температура ковки: °С: начала 1220, конца 800. Сечения до 300 мм охлаждаются на воздухе.

Твердость материала: HB 10 ^-1 = 217 МПа

Температура критических точек: Ac₁ = 725 , Ac₃(Ac_m) = 750 , Ar₃(Arc_m) = 745 , Ar₁ = 690

Свариваемость материала: не применяется для сварных конструкций, КТС с последующей термообработкой.

Обрабатываемость резанием: в нормализованом состоянии при HB 241 К _{х тв. спл}=0,70 и К_{х б.ст}=0,65

Приготовление металлографических шлифов

Изготовление и подготовка металлографических микрошлифов обычно состоит из 4 основных операций:

1. Вырезка образца (не обязательно).

2. Шлифовка.

3. Полировка.

4. Травление (выявление микроструктуры). Шлифовка является наиболее важной операцией в технологии изготовления образцов. Абразивные материалы, применяемые при шлифовании, классифицируют по размеру частиц. Шлифование должно начинаться с наиболее мелкозернистого материала, способного за 2-5 мин создать исходную ровную поверхность образца и устранить эффект вырезки. Каждая последующая операция шлифования сопровождается уменьшением зернистости применяемого абразива. Первичное выравнивание образцов производят на абразивных кругах зернистостью 40-60, избегая нагрева образцов. При шлифовке на этих абразивах образец следует держать в одном положении. При переходе от более грубой бумаги к менее грубой необходимо тщательно мыть в струе воды образец и руки, а также применявшиеся при шлифовке приспособления для того, чтобы исключить возможность переноса частиц крупного образца на мелкозернистую шкурку. При переходе на более мелкозернистую шкурку необходимо изменять направление обработки поверхности на 90°. Это облегчает определение конца шлифовки на данной шкурке. Совершенно недопустим переход от грубых шкурок к самым тонким, т.к. грубые штрихи от предыдущей обработки забиваются порошком мелкого абразива и металлической пылью, что создает ложное впечатление хорошей шлифовки. Образцы можно шлифовать также на абразивных порошках или пастах.

Полировка образца. Полировку металлографических шлифов проводят для устранения имеющихся неровностей поверхности без деформирования металла. Полировка шлифа может осуществляться механическим, электролитическим или химическим способами.

При механической полировке образцы осторожно обрабатывают весьма тонким абразивом, действие которого принципиально не отличается от действия абразивов при шлифовке. Наиболее часто для металлографической полировки используют окись алюминия, окись хрома, окись железа.

Механическую полировку производят на специальном полировальном станке, диск которого обтянут фетром, сукном или бархатом, или вручную.

Полировальный диск смачивают полировальной жидкостью, состоящей из воды, в которой во взвешенном состоянии находятся очень мелкодисперсные частицы полировального порошка: окись хрома, окись алюминия, окись железа или другие соединения.

При полировке образец первое время лучше держать в таком положении, при котором направление движения диска перпендикулярно направлению рисок от последней шлифовальной операции. При этом легче уловить момент исчезновения рисок. При обработке на дисках удобнее и безопаснее держать образец на той части диска, которая движется от шлифовальщика. Образец не следует сильно прижимать к диску.

Полировка продолжается 5-10 мин. В конце полировки образец рекомендуется медленно поворачивать против вращения диска. Полировку заканчивают после того, как микрошлиф приобретает зеркальную поверхность. Правильным критерием высокого качества поверхности микрошлифа является отсутствие на ней дефектов в виде рисок. [6].

Металлографический анализ микрошлифов

Готовый шлиф не должен иметь царапин от шлифовки, посторонних загрязнений, поверхность его должна быть плоской. Небольшой «завал» краев шлифа допустим только в том случае, когда исследование краев не предполагается.

Выявление микроструктуры металлов и сплавов.

Отполированный образец, прежде всего, нужно изучить под микроскопом в нетравленом состоянии. Изучение нетравленого шлифа позволяет определить наличие дефектов (пор, трещин, и т.п.) и неметаллических включений.

Поверхность отполированного образца нужно промыть, обезжирить и высушить. Для обезжиривания применяют спирт этиловый (C₂H₅OH), спирт метиловый (CH₃OH), эфир этиловый (C₄H₁₀O), ацетон (C₃H₆O). Образцы промывают в отдельных случаях теми же жидкостями, что и обезжиривают, но чаще всего водой (водопроводной или дистиллированной).

После промывки образец высушивают фильтровальной бумагой или подогретым сухим воздухом. Рассматривать нетравленные образцы нужно при двух увеличениях: при малом (50-100) для того, чтобы составить общее представление об образце, и при большом - для изучения нетравленой поверхности, в частности, строение и цвет неметаллических включений изучают при больших увеличениях.

Большинство способов выявления микроструктуры сводится к выявлению границ между фазами, к получению рельефа на поверхности зерен и окрашиванию фаз или структурных составляющих. При этом удается выявить качественное различие фаз, блочную структуру и ориентировку зерна относительно плоскости шлифа и взаимную ориентировку зерен.

В настоящее время основным способом выявления микроструктуры является химическое травление растворами. Под действием химических реагентов в чистых металлах и однофазных сплавах, прежде всего, выявляются границы между отдельными зернами. [7].

Результаты исследования

Был дан цилиндрический образец неизвестной стали толщиной 7 мм. Приготовлен металлографический микрошлиф, выявлена микроструктура путём травления. На оптическом микроскопе Neophot 21 были получены следующие изображения:

Рисунок 1 - Микроструктура стали х400

Рисунок 2 - Микроструктура стали х500

Полученная микроструктура соответствует микроструктуре стали 60. Был определён режим закалки образца в металлургической печи:

Температура - 830 ^oC.

Время нагрева и выдержки - 15мин.

Охлаждение в воде.

Приготовлены металлографические микрошлифы, выявлена микроструктура путём травления. На оптическом микроскопе Neophot 21 были получены следующие изображения:

Рисунок 3 - Микроструктура стали после закалки х400

Заключение

Вывод: путём металлографического анализа была определена марка стали образца - сталь 60. На основе полученных данных установлен режим термической обработки в металлургической печи. Был проведён процесс термической обработки образца. Закалку проводили при температуре 830 ^oC в течение 15 минут с последующим охлаждением в воде. Приготовлены микрошлифы и выявлена микроструктура стали после термической обработки, получены изображения на оптическом микроскопе.

Список использованной литературы

1 Арзамасов В.Б., Волчков А.Н., Головин В.А., и др. - Материаловедение и технологии конструкционных материалов, под редакцией д.т.н., профессора В.Б. Арзамасова и к.т.н. А.А. Черепахина, М. : Академия, 2007. - 446 с.

2 Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. - Материаловедение: Учебник для машиностроительных вузов - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение. 1980 - 493 с.

3 Гуляев А.П. - Металловедение: Учебник для вузов - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия. 1986 - 544 с.

4 http://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/stk/45

5 Аванесов В.С., Кершенбаум В.Я., Микаэлян Э.А. - Испытания нефтегазового оборудования и их метрологическоеобеспечение: Учебное пособие - под ред. проф. Владимирова А.И., проф. В.Я. Кершенбаума - М.: Проспект, 2016 - 489 с.

6 Литовченко С.В., Доценко Е.А., Кочетова С.Ю. - Приготовление образцов для металлографического исследования микроструктуры, учебное пособие. - Х.: ХНУ имени В. Н. Каразина, 2012. - 18с.

7 https://traditio.wiki/Металлографический_микроскоп

Размещено на Allbest.ru