1130

Определение прокалываемости стали

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

Ознакомиться с методикой определения прокаливаемости. Выяснить влияние химического состава сталей и размеров деталей на прокаливаемость. Неоднородный аустенит. Нерастворенные частицы (карбиды, оксиды, интерметаллические соединения).

Русский

2013-01-06

162.5 KB

51 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.

Определение прокаливаемости стали

Цель работы. Ознакомиться с методикой определения прокаливаемости. Выяснить влияние химического состава сталей и размеров деталей на прокаливаемость.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Прокаливаемостью называется способность стали получать при закалке структуру мартенсита или троостит-мартенсита, а следовательно, и высокую твердость на ту или иную глубину по сечению детали. Толщина закаленного поверхностного слоя зависит как от характера закалочной среды, так и от природы стали.

Необходимо помнить, что при охлаждении стали ниже эвтектоидной температуры (Ac1). ayстенит становится неустойчивым и претерпевает превращения, характер которых зависит от скорости охлаждения. Если действительная скорость охлаждения стали будет превышать верхнюю критическую скорость закалки (рис.1), то сталь получит мартенситную структуру. Более медленное охлаждение, но со скоростью больше нижней критической приводит к образованию троостито - мартенситной структуры, а еще более медленное охлаждение приводит к переходу всего аустенита в феррито - цементитную смесь.

При закалке стального изделия скорость охлаждения по его сечению резко неоднородна и распределяется по сечению так, как показано на рисунке 1. Если действительная скорость охлаждения на некоторой глубине окажется меньше нижней критической, то изделие прокалится только на некоторую глубину. В этом случае в сердцевине произойдет распад аустенита с образованием пластинчатой феррито - карбидной структуры (троостита, сорбита или перлита). За глубину закаленного слоя условно принимают расстояние от поверхности до полумартенситной зоны (50 % мартенсита + 50 % троостита).

Диаметр заготовки, в центре которой после закалки в данной охлаждающей среде образуется полумартенситная структура, называют критическим диаметром. Величина критического диаметра определяет размер сечения изделия, прокаливающегося насквозь, то есть получающего высокую твердость, а после отпуска - и высокие механические свойства по всему сечению. Заготовки, диаметр которых меньше Дк, будут прокаливаться насквозь, а заготовки, диаметр которых больше Дк, насквозь прокаливаться не будут.

Прокаливаемость тем выше, чем меньше критическая скорость закалки, то есть чем выше устойчивость переохлажденного аустенита и чем правее на диаграмме изотермического распада аустенита расположены С - кривые. Поэтому все факторы, уменьшающие величину критической скорости закалки (повышающие устойчивость переохлажденного аустенита) увеличивают прокаливаемость. Основные факторы, влияющие на величину критической скорости закалки:

- Состав аустенита. Все элементы, растворимые в аустените (за исключением кобальта), замедляют превращение, то есть сдвигают С - кривые вправо;

- Нерастворенные частицы (карбиды, оксиды, интерметаллические соединения). Эти частицы ускоряет распад аустенита, так как являются дополнительными центрами перекристаллизации;

- Неоднородный аустенит быстрее превращается в перлит, так как скорость превращения определяется в этом случае менее насыщенной честью твердого раствора, а чем меньше в аустените углерода, тем левее расположены С - кривые;

- Размер зерна аустенита. Увеличение размера зерна замедляет превращение, так как центры перекристаллизации образуются преимущественно по границам зерен, а чем крупнее зерно, тем меньше суммарная протяженность границ.

Действительная скорость охлаждения зависит от того, в каком охладителе производится закалка. Например, масло охлаждает медленнее, чем вода. Следовательно, Дк.м.<Дк.в. Чтобы не ставить прокаливаемость в зависимость от способа охлаждения вводят понятие идеальный критический диаметр. Это диаметр максимального сечения, прокаливающегося насквозь в идеальной жидкости, отнимающей тепло с бесконечно большой скоростью.

Критический диаметр - важная и удобная величина при назначении марки стали на изделие. Если нужно, чтобы изделие при термической обработке прокаливалось насквозь, следует выбрать такую сталь, чтобы Дк<Дизд.

Для определения прокаливаемости применяют следующие методы: по излому, измерение твердости по сечению закаленного бруска, метод торцевой закалки.

По излому прокаливаемость определяется на образце сечением 20 - 20 мм из инструментальной стали с низкой прокаливаемостью. Закаленному слою соответствует фарфоровидная часть излома.

Измерением твердости определяют прокаливаемость на дисках, вырезанных из закаленного бруска длиной не менее четырех диаметров.

Метод торцевой закалки согласно ГОСТ 5657-69 является основным. Прокаливаемость определяют на стандартных образцах. Образец нагревают до температуры закалки стали данной марки. Время прогрева образца до температуры закалки составляет 30 - 50 минут. Выдержка образца при температуре закалки после нагрева - 30 минут. При нагреве торец образца, подлежащий охлаждению водой, должен быть предохранен от окисления и обезуглероживания. Если нагрев производят в печи без контролируемой атмосферы, то образец помещают в стальной цилиндрический стакан с крышкой. Торцом, предназначенным для охлаждения, образец ставят на графитовую пластину или на слой отработанного графита. Время с момента извлечения образца из печи до начала охлаждения не должно превышать 5 секунд. Образец должен находиться под струей воды до полного охлаждения (не менее 10 минут). Температура воды должна быть в пределах от 5 до 25°С. Закалка образца производится в специальной установке, состоящей из держателя образца и сопла. Установка должна соответствовать следующим основным требованиям:

а) образец должен устанавливаться вертикально: торцовой поверхностью над соплом. Оси образца и сопла должны совпадать;

б) диаметр сопла, высота свободной струи воды над соплом и расстояние от струи до торца должны соответствовать значениям, указанным в ГОСТе;

в) высота струи в процессе охлаждения образца должна быть постоянной;

г) вода должна касаться только торца образца, не омывая его цилиндрической поверхности.

Для замера твердости по всей длине закаленного образца сошлифовывают две диаметрально противоположные площадки.

Для построения кривой прокаливаемости стали на сошлифованных площадках производят замер твердости по Роквеллу - HRC ). Замер твердости начинают на расстоянии 1,5 мм от закаленного торца в осевом направлении. Первые 16 замеров от торца образца производят с интервалом 1,5 мм, а затем - через 3 мм. По этим данным строят график зависимости твердости от расстояния до торца (рис. 2). Взяв из таблицы значение твердости полумартенситной зоны, соответствующее содержанию углерода в исследуемой стали, определяют расстояние (рис. 2) до полумартенснтной зоны. Определив это расстояние, можно по номограмме (рис.3,) найти критический диаметр цилиндирической детали (с различным, отношением высоты к диаметру), шара или параллелепипеда для различных условий охлаждения.

В верхней части номограммы(рис. 3) даны две шкалы I и 2, характеризующие расстояние от охлажденного торца образца. Для определения наибольшего диаметра (называемого критическим) детали, прокаливающейся полностью с образованием мартенситной структуры, используют шкалу I, а для определения наибольшего диаметра для полумартенситной зоны (50 % мартенсита и 50 % троостита) - шкалу П. Схема пользования номограммой приведена на рисунке 3. На шкале I или соответственно шкале П находят расстояние от торца до конца мартенситной или полумартенситной зоны, найденное экспериментально для данной стали, Из этой точки опускают перпендикуляр до пересечения с линией по номограммы (точка I на рис.3), указывающей идеальное охлаждение. Из этой точки проводят горизонтальную линию влево до пересечения с линией номограммы (точка 2), соответствующей нужной в искомом случав среде охлаждения (вода, масло, воздух). Затем из точки 2 опускают перпендикуляр на шкалу "размер, мм" (в нижней части номограммы). В точке пересечения читается ответ - наибольший диаметр образца, прокаливающегося полностью в выбранной закалочной жидкости.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

  1.  Изучить основы теории прокаливаемости и методику торцового испытания.
  2.  Подготовив установку и нагрев образец исследуемой стали до необходимой температуры, произвести торцевую закалку.
  3.  Замерив твердость вдоль образца и построив график зависимости ее от расстояния до торца, определить с помощью таблицы глубину проникновения закаленной зоны.
  4.  По этому значению прокаливаемости с помощью номограммы (рис.3) определить критический диаметр.
  5.  Используя диаграммы прокаливаемости (приведенные в предложенных задачах), рассчитать критический диаметр цилиндрической детали или шара для различных условий охлаждения при закалке.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ.

  1.  Что понимают под прокаливаемостью?
  2.  Что принимается за глубину закаленного сдоя?
  3.  Что понимается под полумартенситной зоной?
  4.  Какие факторы влияют на прокаливаемоеть?
  5.  Как сказывается на прокаливаемости стали температура нагрева под закалку?
  6.  Как зависит прокаливаемость стали от содержания углерода, легирующих элементов и размера аустенитного зерна?
  7.  Что понимается под критическим диаметром?
  8.  Что понимают под идеальным критическим диаметром?
  9.  Почему получается различная прокаливаемость при охлаждении в различных охлаждающих средах?
  10.  Что такое верхняя и нижняя критические скорости закалки?
  11.  Что является мерой прокаливаемости при торцовом испытании?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

47462. Англійська мова: Підручник для 11 класу середніх шкіл 812.06 KB
  The right to education in Ukraine is guaranteed by the Constitution (Article 53). Every boy or girl must get Hecondary education; it means that secondary education is compulsory in our country. There are state schools where education is free of charge and private primary and- secondary schools where pupils have to pay for their studies
47463. ЛИНЕЙНО-КАБЕЛЬНЫЕ СООРУЖЕНИЯ 718 KB
  К таким основным решениям относятся: прокладка методом задувки диэлектрических оптических в пластмассовых защитных трубках внутренний диаметр от 32 мм до 40 мм; прокладка над пластмассовыми защитными трубками или над бронированными оптическими кабелями сигнальноинформационных пластиковых лент; максимальное использование в качестве трубопроводов кабельной канализации труб из полиэтилена высокой плотности гладкие и гофрированные многоканальных блоков мультиканалы и смотровых устройств из пластиката; использование при соответствующем...
47464. Решение геометрических задач, как средство развития самостоятельности мышления учащихся 134 KB
  Они должны не просто знакомиться с теорией предмета а видеть источники возникновения и практическую целесообразность изучения этих вопросов не просто решать задачу указанную учителем приобретая нужные навыки и умения а рассматривать условия в которых возникают задачи данного типа. Решение математических задач приобретает единую учебнопознавательную направленность в том случае когда оно реализует решение одной и той же дидактической задачи изучения математической закономерности на основе анализа частных случаев. Первые описываются...
47465. СТРАТЕГІЧНЕ УПРАВЛІННЯ. НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК 1.01 MB
  Розглянуто основні питання стратегічного управління: сучасна концепція стратегічного управління; види стратегій підприємства; формування стратегічного набору; форми та методи забезпечення стратегічного управління. 2004 ВСТУП Ринкова економіка формує нові вимоги до підприємства що обумовлюються не тільки наявністю конкуренції та високими вимогами до якості товарів але й необхідністю гнучко реагувати на зміни ринкової ситуації яка не завжди сприяє процвітанню підприємства. Успіх підприємства залежить від здатності передбачати й змінювати...
47466. Питання для іспиту «Митне право україни» 641.5 KB
  Керівництво збиранням прикордонного мита: евеки вивізне та інфуки ввізне мито за часи Богдана Хмельницького покладалося на Державний скарб як тоді називалася фінансовобанківська служба України. Верховна Рада прийняла Закон України Про митну справу в Україні який проголосив що Україна як суверенна держава самостійно створює власну митну систему і здійснює митну справу. Верховна Рада України прийняла Постанову про створення Державного митного комітету України як центрального митного органу України та перший Митний кодекс України.
47467. Політекономія. Тарнавський М.П, Навчально-методичний посібник 2.54 MB
  Ця наука вивчає ринкову поведінку людей при використанні обмежених ресурсів виробництва що породжує за умов приватної власності економічну конкуренцію між ними. Другий факт: економічні ресурси засоби для виробництва благ обмежені. Задоволення їх обмежено рідкістю ресурсів для виробництва засобів їх задоволення. Непрямі інструментні чи виробничі використовуються для виробництва прямого блага.
47468. СТРАХОВІ ПОСЛУГИ. ПІДРУЧНИК 55.64 MB
  У підручнику розкриваються основи теорії страхових послуг та особливості різних видів страхування що реалізуються на страховому ринку України. Зміст підручника відповідає типовій програмі навчальної дисципліни Страхові послуги що дозволяє сформувати у студентів сучасні знання щодо сутності страхової послуги як специфічного товару страхового ринку умов та правил здійснення основоположних класичних і сучасних видів страхування. Порядок укладання та ведення страхової угоди 33 Сутність договору...
47469. Політологія. Конспект лекцій 243 KB
  Життя Поняття і функції політичної влади Політична та державна влади Умови ефективного функціонування політичної влади Основні концепції влади Проблема формування і функції влади в Україні. Легітимність влади криза легітимності та засоби її вирішення Демократія форма пол. Загальне визначення предмета політології можна було б запропонувати таке: політологія у більш вузькому розумінні загальна теорія політики вивчає специфічну групу закономірностей відносин соціальних суб'єктів з приводу влади. поперше спеціально досліджує політику як...
47470. ФІНАНСОВА ДІЯЛЬНІСТЬ СУБ'ЄКТІВ ПІДПРИЄМНИЦТВА 6.79 MB
  У посібнику розглянуті актуальні питання розвитку фінансової діяльності суб'єктів підприємництва в Україні організація фінансової діяльності суб'єктів підприємництва фінансування управління власним і позичковим капіталом фінансовими інвестиціями оцінка вартості підприємства фінансовий контролінг. ФОРМУВАННЯ ВЛАСНОГО КАПІТАЛУПІДПРИЄМСТВА 124 3. Власний капітал підприємства: функції складові таоцінка 124 З Формування статутного капіталу акціонерних товариств 130 Статутний капітал товариств з...