Термическая обработка

Термической обработкой называют процесс обработки изделий из металлов и сплавов путём теплового воздействия с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении [5, с. 5].

Закалка - термическая операция, состоящая в нагреве выше температуры превращения с последующим достаточно быстрым охлаждением для получения структурно неустойчивого состояния сплава [3, с. 227].

Температура нагрева и время выдержки должны быть такими, чтобы произошли необходимые структурные изменения [5, с. 171].

Скорость охлаждения должна быть достаточно велика, чтобы при понижении температуры не успели пройти обратные фазовые превращения [5, с. 171].

Отпуск - термическая операция, состоящая в нагреве закалённого сплава ниже температуры превращения для получения более устойчивого структурного состояния сплава [3, с. 227].

Материалом для нашего изделия была выбрана конструкционная углеродистая качественная сталь 50.

С помощью диаграммы состояния железо-карбид железа (рис.13) и графика зависимости твердости от температуры отпуска назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) изделий из стали 50, которые должны иметь твердость 230…250 НВ. Опишите микроструктуру и свойства стали 50 после термической обработки.

Критические точки для Ст50: А_С1=725º С, А_С3=760º С. При нагреве до 700º С в стали 50 не происходят аллотропические превращения, и мы имеем ту же структуру – перлит + феррит, быстро охлаждая (т.к. закалка), имеем также после охлаждения перлит + феррит с теми же механическими свойствами (примерно), что и в исходном состоянии до нагрева под закалку.

Если доэвтектоидную сталь нагреть выше А_с1, но ниже А_с3, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость сталипосле закалки. Такая закалка называется неполной. Она обеспечивает хорошие механические свойства иштампуемость. При температуре нагрева структура – аустенит + феррит. При охлаждении со скоростью выше критической происходит мартенситное превращение: γ М. В результате получаем структуру феррит + мартенсит.

Оптимальный режим нагрева под закалку для доэвтектоидных сталей (%С< 0, 8%) составляет А_С3+(30÷ 50º), т.е. для Ст50 – 800-820º С. При этом после закалки имеем мелкое зерно, обеспечивающее наилучшие механические свойства, стали 50.

Нагрев и выдержка стали 50 выше температуры 820º С перед закалкой приводит к росту зерна и ухудшению механических свойств стали после термической обработки. Крупнозернистая структура вызывает повышенную хрупкость стали.

Для обеспечения скорости охлаждения выше критической в качестве среды охлаждения выбираем воду. Структура стали 50 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит.

Отпуском называется, нагрев стали до температуры ниже А_с1, выдержка при заданной температуре и последующее охлаждение с заданной скорость (обычно на воздухе). Отпуск является конечной операцией термической обработки, проводится после закалки для уменьшения внутренних напряжений и полученияболее равновесной структуры. Напряжения в закаленных изделиях снимаются тем полнее, чем выше температура отпуска.

Для получения твердости 230…250 НВ при диаметре заготовки 20 мм отпуск стали 50 необходимо проводить при температуре 500º С. Среда охлаждения – вода. При высокотемпературном отпуске образуется структура, которая называется сорбит отпуска. Сорбит отпуска состоит из ферритной основы, пронизанной частицами цементита.

Свойства стали 50 после термической обработки: σ _т=680-780 МПа, σ _в=870-970 МПа, δ =13-11%, ψ =61-57%, а_н=120-80, НВ=230-250.

а) б)

Рис.13 а – диаграмма железо-цементит,
б – кривая охлаждения для сплава, содержащего 0, 4% углерода

Заключение

Целью нашей работы был подобрать материал для изготовления прокатного валка первой черновой группы клетей так, чтобы он удовлетворял ряду требований:

1. Срок службы максимальный, деталь должна выдерживать заданную условиями работы нагрузки.

2. Себестоимость минимальная

3. Качестве максимальное

4. Технология изготовления оптимальная (простота технологического процесса, качество детали и его цена).

Нами была выбрана сталь 50, мы провели её термическую обработку, чтобы она полностью удовлетворяла нашим требованиям.

При выполнении курсовой работы мы закрепили, обобщили и научились применять на практике полученные нами в курсе «Материаловедение» теоретические знания.

Список литературы

1. Адаскин А.М., Зуев В.М. Материаловедение (металлообработка): Учебник для нач. проф. образования: Учеб. пособие для сред. проф. образования - 3-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 240 с.

2. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные работы и задачи. - М.: Металлургия, 1983, 348 с.

3. Гуляев А. П. Металловедение. Учебник для вузов. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1977. 648 с.

4. Дальский А.М., Арутюнова И.А., Барсукова и др.; Под общ. ред. Дальского А.М. Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 448 с., ил.

5. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. Учебник. Изд. 3-е, испр. и доп. - М.: Металлургия, 1978. 392 с.

6. Гелин Ф.Д. Металлические материалы: справ. - Мн.: Высш. шк., 1987. - 368 с.

7. Журавлёв В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали: Справочник. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 480 с.: ил.

8. Щербаков Н.Н. Оборудование школьных мастерских средствами малой механизации: Пособие для учителя (Из опыта работы). - М.: Просвещение, 1983. - 127 с., ил.