МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
СПЕЦИАЛЬНЫХ
СТАЛЕЙ
Методические рекомендации к лабораторным работам
для студентов специальности 1-36-01 06
«Оборудование и технология сварочного производства»
дневной и заочной форм обучения
Часть 2
Могилев 2016
УДК 669.01
ББК 30.3
М 34
Рекомендовано к изданию
учебно-методическим отделом
| |
Одобрено кафедрой «Технологии металлов» «8» февраля 2016 г., протокол № 6
Составители: д-р техн. наук, проф. Ф. Г. Ловшенко;
канд. техн. наук, доц. А. И. Хабибуллин
Рецензент канд. техн. наук, доц. И. Д. Камчицкая
Во второй части методических рекомендаций содержатся основные теоретические положения и указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Металловедение специальных сталей».
Учебно-методическое издание
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ
Часть 2
Ответственный за выпуск Д. И. Якубович
Технический редактор А. А. Подошевко
Компьютерная верстка Н. П. Полевничая
Подписано в печать . Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс.
Печать трафаретная. Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. . Тираж 115 экз. Заказ №
Издатель и полиграфическое исполнение:
Государственное учреждение высшего профессионального образования
«Белорусско-Российский университет».
Свидетельство о государственной регистрации издателя,
изготовителя, распространителя печатных изданий
№ 1/156 от 24.01.2014.
Пр. Мира, 43, 212000, Могилев.
© ГУ ВПО «Белорусско-Российский
университет», 2016
С одержание
| 6 Лабораторная работа № 6. Определение прокаливаемости стали методом торцовой закалки…………………………………….. | 4 | |
| 6.1 Общие положения …………………………………………... | 4 | |
| 7 Лабораторная работа № 7. Влияние легирующих элементов на термическую обработку сталей ………………………………….. | 9 | |
| 7.1 Общие положения …………………………………………... | 9 | |
| 8 Лабораторная работа № 8. Изучение зависимости между структурой и свойствами легированных конструкционных сталей | 15 | |
| 8.1 Общие положения …………………………………………... | 15 | |
| 9 Лабораторная работа № 9. Изучение зависимости между структурой и свойствами инструментальных сталей ……………… | 20 | |
| 9.1 Общие положения …………………………………………... | 20 | |
| 10 Лабораторная работа № 10. Изучение зависимости между структурой и свойствами конструкционных сталей, применяемых при повышенных температурах ……………………………………... | 28 | |
| 10.1 Общие положения …………………………………………. | 28 | |
| Список литературы……………………………………………… | 33 |
Часть 2
Лабораторная работа № 6. Определение прокаливаемости стали методом торцовой закалки
Цель работы: ознакомление с методом торцовой закалки при испытании стали на прокаливаемость; определение влияния химического состава стали и размеров детали на прокаливаемость.
6.1 Общие положения
Прокаливаемостью называется свойство стали изменять свою структуру под влиянием закалки на большую или меньшую глубину.
Прокаливаемость зависит от критической скорости охлаждения стали при закалке, которая в свою очередь зависит от химического состава стали и ее зернистости. Прокаливаемость стали зависит также от температуры нагрева и времени выдержки стали при закалке.
На рисунке 6.1 изображена диаграмма, показывающая зависимость прокаливаемости стали и ее критической скорости охлаждения при закалке от различных факторов.
 |
Рисунок 6.1 – Зависимость прокаливаемости и критической скорости закалки от содержания углерода (% С), примесей (% Пр), величины зерна аустенита (rз), температуры (tнагр) и времени выдержки (tвыд) при нагреве
Из этой диаграммы видно, что глубина закаленного слоя, характеризующая прокаливаемость стали, увеличивается по мере понижения критической скорости охлаждения.
Метод торцовой закалки стандартизован (ГОСТ 5657-51). Он распространяется на конструкционную углеродистую и легированную стали (исключая сталь, закаливающуюся на воздухе).
Схема общего вида рекомендуемой установки для испытания на прокаливаемость стали методом торцовой закалки изображена на рисунке 6.2. Для испытания стали на прокаливаемость применяется стандартный образец. Его форма и размеры показаны на рисунке 6.3.
| 1 – труба для подвода воды; 2 – труба для создания водяной струи; 3 – кронштейн для установки образца; 4 – образец; 5 – сопло подачи воды; 6 – бак для стока воды; 7 – сливная труба; 8 – труба для слива излишка воды; 9 – сливная труба. Рисунок 6.2 – Схема установки для испытания на прокаливаемость методом торцовой закалки | Рисунок 6.3 – Стандартный образец для испытания стали на прокаливаемость |
Нагрев образцов производится в муфельной электропечи. Температура закалки определяется химическим составом стали. Продолжительность нагрева составляет 30 мин. Торец образца, подлежащий охлаждению водой, должен быть предохранен от окисления и обезуглероживания, поэтому образец помещают в стальной ящик цилиндрической формы, в котором он опирается охлаждаемым торцом на графитовую или угольную пластину (рисунок 6.4). Условия торцового охлаждения должны соответствовать нормам, указанным на рисунке 6.5. Поступающая под давлением вода, имеющая температуру в пределах от 10 до 25 °С, должна касаться только торца образца, не омывая его цилиндрической поверхности.
Образец должен находиться под водяной струёй до полного охлаждения не менее 10 мин. Наибольшая скорость охлаждения у торца, омываемого струей воды. По мере удаления от торца скорость охлаждения постепенно убывает. Тип образующихся структур по длине образца изменяется от мартенситной у водоохлаждаемого до феррито-цементитной
(перлитной) у противоположного торца образца. В соответствии с этим изменяется и твердость.
Характеристикой прокаливаемости является расстояние от торца образца до зоны с полумартенситной структурой – характеристическое расстояние. Для этого необходимо знать величину твердости стали, имеющей полумартенситную структуру, т. е. стали, содержащей 50 % мартенсита и 50% троостита. Эта твердость зависит только от содержания углерода в стали (рисунок 6.6). Чем больше характеристическое расстояние, тем выше прокаливаемость стали.
| Рисунок 6.4 – Установка образца в ящике | Рисунок 6.5 – Схема охлаждения образца |
Рисунок 6.6 – Зависимость твердости полумартенситной структуры от содержания углерода в стали
Наиболее полно отражает прокаливаемость критический диаметр Dкр, который представляет собой наибольший диаметр прутка стали, прокаливающегося насквозь. Он определяется с помощью номограммы
М. Е. Блантера (рисунок 6.7).
Рассмотрим применение номограммы на примере.
В результате испытания на торцовую закалку было определено, что характеристическое расстояние данной стали равно 6 мм. Для определения критического диаметра сквозной закалки находим на шкале «Мартенсит» (справа вверху) деление 6и опускаем из него перпендикуляр до пересечения с линией идеального охлаждения (точка а). От точки а проводим горизонтальную линию влево до пересечения с вертикальной осью, на которой указана скорость охлаждения в центре закаливаемого тела. От точки б – пересечения горизонтальной линии с линией заданной охлаждающей среды «вода» – опускаем перпендикуляр до шкалы формы и размеров.
| Рисунок 6.7 – Номограмма М. Е. Блантера |
В данном случае форма изделия соответствует цилиндру с соотношением длины к диаметру, равным 1 (L/D = 1). В точке в читаем ответ: критический диаметр равен 18 мм.
Подобным образом можно определить и критический диаметр стали для содержания в сердцевине 50 % мартенсита и 50 % тростита (вторая шкала справа вверху), для различных сред и разной формы закаливаемых тел.
Характеристика прокаливаемости стали во многих случаях определяет возможность применения стали данного состава для изготовления ответственных изделий.
Контрольные вопросы
1 Перечислить факторы, влияющие на прокаливаемость стали.
2 Что представляет собой полумартенситная зона, что она характеризует?
3 Как определяется характеристическое расстояние?
Задание
1 Зарисовать схему охлаждения образца при торцовой закалке.
2 Произвести испытание на прокаливаемость образцов углеродистой и легированной сталей.
3 Замерить твердость по образующей образцов и записать в таблицу 6.1. Определить характеристическое расстояние, используя данные таблицы 6.2 и построенного графика (п. 5).
Таблица 6.1 – Результаты измерений твердостей по образующей образцов
| Углеродистая сталь | Легированная сталь | ||||||||
| Номер образца | Марка стали | Содержание С, % | Расстояние от охлаждаемого торца | Твердость HRC | Номер образца | Марка стали | Содержание С, % | Расстояние от охлаждаемого торца | Твердость HRC |
|
| |||||||||
Таблица 6.2 – Типовые твердости закаленных сталей
| Содержание углерода, % | Твердость HRC | |
| Углеродистая сталь | Легированная сталь | |
| 0,08–0,17 0,18–0,22 0,23–0,27 0,28–0,32 0,33–0,42 0,43–0,52 0,53–0,62 | – – – 35 40 45 50 | 25 30 35 40 45 50 55 |
4 Построить зависимость в координатах «твердость HRC – расстояние от водоохлаждаемого торца, мм».
5 Определить критический диаметр для разных форм тела и разных охлаждающих сред, используя номограмму М. Е. Блантера.
