Температура закалки стали у12 составляет

Сравнительная характеристика, определение основных химических и механических свойств сталей 15, 35 и У12, их функциональные особенности и сферы практического использования. Операции термической обработки: отжиг, нормализация, улучшение, закалка и отпуск.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	лабораторная работа
Язык	русский
Дата добавления	25.12.2014

В ходе лабораторной работы использовались обработки из сталей 15, 35 и У12.

2. Класс: Сталь конструкционная углеродистая качественная

3. Использование в промышленности: болты, винты, крюки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой пластичности и работающие при температуре от -40 до 450°С; после ХТО-рычаги, кулачки, гайки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и невысокой прочности сердцевины.

4. Термообработка: Состояние поставки

5. Температура ковки:°С: начала 1300, конца 700. Охлаждение на воздухе

6. Твердость материала: HB 10 -1 = 149 МПа

7. Температура критических точек: Ac₁ = 735, Ac₃(Ac_m) = 860, Ar₃(Arc_m) = 840, Ar₁ = 685

8. Свариваемость материала: без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС.

9. Флокеночувствительность: не чувствительна.

10. Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

11. Обрабатываемость резанием: в горячекатанном состоянии при HB 143 К_{х тв. спл}=1,8

12. Расшифровка марки 15: обозначение 15 свидетельствует о том, что в конструкционной стали содержится 0,15% углерода, а остальные примеси очень незначительны.

2. Класс: Сталь конструкционная углеродистая качественная

3. Использование в промышленности: детали невысокой прочности, испытывающие небольшие напряжения: оси, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, шпиндели, звездочки, тяги, ободы, траверсы, валы, бандажи, диски и другие детали.

4. Термообработка: Нормализация

5. Температура ковки,°С: начала 1280, конца 750. Заготовки сечением до 800 мм охлаждаются на воздухе.

6. Твердость материала: HB 10 -1 = 163 МПа

7. Температура критических точек: Ac₁ = 730, Ac₃(Ac_m) = 810, Ar₃(Arc_m) = 796, Ar₁ = 680, Mn = 360

8. Свариваемость материала: ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС без ограничений.

9. Флокеночувствительность: не чувствительна.

10. Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

11. Обрабатываемость резанием: в горячекатанном состоянии при HB 144-156 и у_в=510 МПа, К_{х б.ст}=1,3

12. Расшифровка марки 35: обозначение 35 свидетельствует о том, что в конструкционной стали содержится 0,35% углерода, а остальные примеси очень незначительны.

2. Класс: Сталь инструментальная углеродистая

3. Использование в промышленности: режущие инструменты, работающие в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки: метчики ручные, метчики машинные мелкоразмерные, плашки для круппов, развертки мелкоразмерные, надфили, измерительный инструмент простой формы: гладкие калибры, скобы.

4. Твердость материала: HB 10 -1 = 207 МПа

5. Температура критических точек: Ac₁ = 730, Ac₃(Ac_m) = 820, Ar₁ = 700, Mn = 200

6. Температура ковки,°С: начала 1100, конца 750. Охлаждение замедленное на воздухе.

7. Обрабатываемость резанием: в отожженом состоянии при HB 207, К_{х тв. спл}=1,0 и К_{х б.ст}=0,9

8. Свариваемость материала: не применяется для сварных конструкций. Способ сварки КСТ

9. Флокеночувствительность: не чувствительна.

10. Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

11. Расшифровка марки У12: Относится к группе качественных сталей, буква У означает — что сталь углеродистая, 12 означает — среднее содержание углерода в десятых долях процента.

Термической обработкой (термообработкой) — совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутренней структуры.

Так как основными параметрами термической обработки являются температура и время, то любой процесс термообработки может быть представлен графиком в координатах «температура-время». Если термическая обработка состоит только из одной операции (нагрев-выдержка-охлаждение), то она называется простой, а если из нескольких операций — сложной.

Операции термической обработки

1) Предварительные — отжиг, нормализация, улучшение.

Этот вид отжига заключается в нагревании доэвтектоидной стали вид на 30-50 ?С выше температуры соответствующей точке А(С₃) выдержана при этой температуре для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении. При этом отжиге происходит полная фазовая перекристаллизация стали.

При нагреве до температуры выше точки А(С₃) на 30-50 ?С образуется аустенит, характеризующий мелким зерном и поэтому при охлаждении возникает мелкозернистая структура обеспечивающаяся высокую вязкость и пластичность, а также возможность достижения высоких свойств после окончательной термической обработки.

Нормализацией — это охлаждение после нагрева, происходящие не вместе с печью, а на воздухе.

Нормализация состоит из нагрева стали на 30-50?C выше линии GSE, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения на воздухе. Нормализация применяется для исправления структуры перегретой стали и горячедеформированных заготовок, выравнивания структуры сварного шва. При нормализации сталь приобретает более мелкозернистую структуру, чем после отжига. Нормализация является более экономичным термическим процессом, чем отжиг.

Выбор варианта термической обработки (отжиг или нормализация) зависит от состава стали и предшествующего технологического процесса. Например, для выравнивания химического состава слитков или крупных отливок назначается диффузионный отжиг. Для снижения твердости стали после горячей обработки (облегчения обработки резанием) выбирают полный или неполный отжиг (в зависимости от состава стали). После холодной обработки давлением для снятия наклепа и внутренних напряжений сталь подвергают рекристаллизационному отжигу.

На результат отжига и нормализации оказывают влияние температура и скорость нагрева, время выдержки и скорость охлаждения.

Температура нагрева выбирается по диаграмме состояния Fe-Fe₃C в зависимости от содержания С в стали.

При выборе скорости нагрева необходимо учитывать габариты изделия (разницу температур наружных и внутренних частей изделия), форму изделия (чем сложнее, тем более медленный нагрев), химический состав стали. С увеличением содержания углерода в стали уменьшается ее теплопроводность. При легировании стали теплопроводность также падает. Чем меньше теплопроводность, тем медленнее должен быть нагрев. Продолжительность нагрева сталей при отжиге и нормализации составляет примерно от 30 до 90 мин на каждые 25 мм изделия.

Выдержка после нагрева до заданной температуры должна обеспечить прогрев всего изделия и полное завершение всех процессов, совершающихся при нагреве стали. Время выдержки зависит от толщины изделия, исходной структуры, химического состава стали. Чем массивнее изделие и крупнее зерно исходной структуры, тем длительнее должна быть выдержка. Обычно ф_в составляет 20-25% от ф_н.

После нагрева и выдержки продолжительность охлаждения должна обеспечивать полный распад твердого раствора. Скорость охлаждения зависит от охлаждающей среды и размеров изделия. Охлаждение должно быть равномерным и медленным до 400-500 ?C. При этом углеродистые стали охлаждают со скоростью 100-200 ?C, в 1 ч, а легированные 20-60 ?C в 1 ч; дальнейшее охлаждение проводится на воздухе.

Термическое улучшение металла (термообработка) — это двойная термическая обработка железоуглеродистых сплавов, заключающаяся в закалке на мартенсит с последующим высоким отпуском (при Т=550…650°C).

В результате закалки сталь обычно приобретает микроструктуру мартенсита (с некоторым количеством остаточного аустенита). Иногда в стали после закалки может получаться структура сорбита, троостита или бейнита. Так как мартенсит обладает высокой твёрдостью и прочностью, имеет низкую пластичность, то механическая обработка его затруднена, к тому же вероятно разрушение из-за хрупкости. В процессе термического улучшения стали отпуск приводит к распаду мартенсита закалки и образованию сорбита отпуска, вследствие чего уменьшаются внутренние напряжения в стали. В результате термообработки — улучшения — повышаются пластичность и ударная вязкость стали, при этом прочность и твёрдость металла сохраняют хорошие показатели.

Основным свойством улучшаемых сталей является прокаливаемость, которая зависит от химического состава стали. Изделие должно полностью прокаливаться насквозь. Стали с малой способностью к сквозному улучшению пригодны для изделий с небольшим поперечным сечением. Другое важное свойство улучшаемых сталей — предел текучести (после улучшения стали), требования к которому предъявляются в зависимости от марки стали и диаметра изделия.

Термическая обработка. Улучшаемые стали поставляются потребителю в горячекатанном или нормализованном состоянии. После механической обработки до окончательных размеров и получения деталей проводятся улучшение сталей или поверхностная закалка.

2) Окончательные — закалка, отпуск.

Закалка — нагрев стали до температур выше фазовых превращений с последующим быстрым охлаждением со скоростью выше критической.

Цель закалки — придать стали большую твердость. После закалки сталь приобретает неравновесную метастабильную структуру и обладает высокой прочностью, твердостью, износостойкостью и повышенной хрупкостью. Закалка не является окончательным видом термической обработки.

Для устранения избыточных напряжений и повышенной хрупкости сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.

Отпуск — нагрев закаленной стали до температур ниже фазовых превращений с последующим охлаждением. В результате отпуска структура стали переходит к более равновесному состоянию, твердость снижается, а пластичность повышается.

В зависимости от температуры нагрева отпуск подразделяется на: низкий (150-250°С), средний (300-450°С), высокий (500-700°С).

С увеличением температуры отпуска повышаются пластические свойства и снижается прочность стали.

Самопроизвольный отпуск закаленных сталей при незначительном нагреве или без него, наблюдающийся с течением времени называют старением.

Низкий отпуск ослабляет остаточные напряжения и уменьшает хрупкость деталей, которые должны обладать высокой твердостью (НВ = 600).

Низкому отпуску подвергаются преимущественно детали, не испытывающие ударных нагрузок, например режущие инструменты: сверла, метчики и др.

Средний отпуск повышает вязкость деталей при сохранении достаточной твердости (НВ = 400).

Среднему отпуску подвергаются главным образом детали, испытывающие ударные нагрузки, например, зубила, молотки, пружины, рессорные листы и т.д.

Высокий отпуск придает деталям высокую вязкость при сохранении достаточной твердости (HB = 300).

Высокому отпуску подвергаются такие детали машин, которые работают при больших напряжениях и ударах: зубчатые колеса, валы, шатуны и т.д.

Для выбранных сталей в качестве предварительной термической обработки была выбрана нормализация.

В качестве окончательной термической обработки — закалка, низкий, средний и высокий отпуск.

Как выбирать и почему

Основным превращением, происходящим при отпуске является распад мартенсита закалки на феррито-карбидную смесь.

С повышением температуры отпуска увеличивается диффузионная подвижность атомов и, как следствие этого, увеличивается скорость и полнота процесса распада мартенсита. Кроме температуры на превращении при отпуске оказывает влияние время выдержки при температуре нагрева. Однако определяющее воздействие оказывает температура отпуска.

При низком отпуске в результате частичного распада мартенсита закалки образуется мартенсит отпуска, в котором наблюдается перераспределение углерода с начальным образованием карбидов. При этом практически не снижается твердость и износостойкость, но снимается часть закалочных напряжений и снижается хрупкость

Средний отпуск приводит к завершению распада мартенсита на мелкодисперсную феррито-цементитную смесь, называемую трооститом отпуска. При этом сохраняются высокие упругие свойства и происходит дальнейшее (относительно низкого отпуска) снятие закалочных напряжений.

В результате высокого отпуска происходит коагуляция (укрупнение) цементитных частиц и, образующаяся при этом феррито-цементитная смесь с более крупными, чем у троостита отпуска, цементитными частицами называется сорбитом отпуска. Эта структура обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности.

Для достижения этих свойств температуру отпуска необходимо назначать, исходя из следующих закономерностей: при повышении температуры отпуска понижаются твердость и прочность и повышаются пластичность и ударная вязкость сталей.

Режимы термической обработки представлены в таблице 1.

Таблица 1 Состав стали и режимы термической обработки(ТО)

Маркировка инструментальных сталей. Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой "У" (углеродистая); следующая за ней цифра ( У7, У8, У10 и т.д.) показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Буква "А" в конце (У10А) указывает, что сталь высококачественная. Стали для режущего инструмента

Стали для режущего инструмента после закалки и низкого отпуска должны иметь высокую твердость в режущей кромке (HRC62-68), значительно превышающую твердость обрабатываемого материала; высокую износостойкость, необходимую для сохранения размеров и формы режущей кромки при резании; достаточную прочность при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы и теплостойкости, когда резание выполняется повышенной скоростью. Углеродистые инструментальные стали У8 (У8А), У10(У10А), У11 (У11А), У12 (У12А) и У13 (У13А) вследствие мало устойчивости переохлажденного аустенита имеют небольшую прокаливаемость, и поэтому эти стали применяют для инструментов небольших размеров. Для режущего инструмента (фрезы, зенкеры, сверла, спиральные пилы, шаберы, ножовки ручные, напильники, бритвы, острый хирургический инструмент) обычно применяют заэвтектоидные стали (У10, У11, У12 и У13), у которых после термической обработки структура — мартенсит и карбиды. Деревообрабатывающий инструмент, зубила, кернеры, бородки, отвертки топоры изготовляют из сталей У7 и У8, имеющих после термообработки трооститную структуру.

Сталь углеродистая инструментальная качественная

Дедактическая единица 2.

ООП: 220301.65 — Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)
Дисциплина: Материаловедение

Материаловедение и технология конструкционных материалов : учеб. / под ред. В. Б. Арзамасова, А. А. Черепахина – М. : Академия, 2009. – 448 с.

Ржевская, С. В. Материаловедение : учеб. – М. : ЛОГОС, 2004. – 424 с.

ЗАДАНИЕ N 1. Тема: Закалка и отпуск стали.Термическая обработка по показанному на рисунке режиму 2 называется …

		прерывистой закалкой
	ступенчатой закалкой
	нормализацией
	непрерывной закалкой

Решение:Термическая обработка по режиму 2 представляет собой прерывистую закалку (в двух средах). Деталь сначала быстро охлаждают в воде до температуры несколько выше М_н, а затем быстро переносят в менее интенсивный охладитель (например, в масло или на воздух), где она охлаждается до комнатной температуры. Такой способ уменьшает внутренние напряжения при закалке.

ЗАДАНИЕ N 2. Тема: Закалка и отпуск стали.Оптимальная температура нагрева доэвтектоидных сталей при полной закалке …

		Ас3 + (30…50) 0 С
	Ас1 + (30…50) 0 С
	Асm + (30…50) 0 С
	770 0 С

Решение:Для полной закалки необходим нагрев до температур Ас₃ + (30…50) 0 С.

ЗАДАНИЕ N 3. Тема: Закалка и отпуск стали.Закаливаемость стали зависит, главным образом, от …

		содержания углерода
	содержания легирующих элементов
	степени раскисления
	металлургического качества

Решение:Закаливаемость стали – это ее способность к повышению твердости в результате закалки. Она зависит, главным образом, от содержания углерода в стали. Чем выше содержание углерода в мартенсите, тем выше его твердость.

ЗАДАНИЕ N 4. Тема: Закалка и отпуск стали.После закалки высокоуглеродистых и многих легированных сталей в структуре стали, наряду с мартенситом, сохраняется остаточный аустенит, снижающий ее твердость. Для устранения остаточного аустенита используют …

		обработку стали холодом
	средний отпуск
	высокий отпуск
	термоулучшение

Решение:Высокоуглеродистые и многих легированные стали имеет температуру точки М_к ниже 0 0 С, в результате чего после закалки в структуре стали, наряду с мартенситом, сохраняется остаточный аустенит, снижающий ее твердость. Для устранения остаточного аустенита сразу же после закалки проводят охлаждение в области отрицательных температур (обработку стали холодом).

ЗАДАНИЕ N 5. Тема: Закалка и отпуск стали.Повышение температуры нагрева углеродистых сталей под закалку значительно выше точек Ас₁ и Ас₃ вызывает …

		рост зерна аустенита
	образование структуры нижнего бейнита
	выделение цементита
	диффузионный распад аустенита

Решение:Чрезмерное повышение температуры нагрева углеродистых сталей под закалку выше точек Ас₁ и Ас₃ способствует росту зерна, что приводит к снижению прочности и сопротивления хрупкому разрушению.

ЗАДАНИЕ N 6 . Тема: Закалка и отпуск стали.Оптимальная температура нагрева под закалку стали У12 составляет ___ о С

		760–770
	900–910
	1200–1220
	680–690

Решение:Заэвтектоидные стали для обеспечения высокой твердости и износостойкости подвергают обычно неполной закалке с нагревом до температуры на 30–50 о С выше А_с1, то есть до 760–770 о С.

ЗАДАНИЕ N 7. Тема: Закалка и отпуск стали.Для обеспечения высокой вязкости и повышенной прочности ответственных тяжело нагруженных деталей, работающих в условиях высоких статических, динамических и знакопеременных нагрузок, используют _____ отпуск.

		высокий
	низкий
	средний
	медленный

Решение:Для обеспечения высокой вязкости и повышенной прочности ответственных тяжело нагруженных деталей, работающих в условиях высоких статических, динамических и знакопеременных нагрузок, используют высокий отпуск.
В результате высокого отпуска образуется структура сорбита отпуска зернистого строения, а оставшиеся после закалки внутренние напряжения почти полностью снимаются. Твердость и прочность сорбита отпуска ниже, чем у троостита отпуска, но выше, чем у структур, получаемых после нормализации и тем более после отжига. В то же время сорбит отпуска имеет высокие пластичность и ударную вязкость.

ЗАДАНИЕ N 8. Тема: Закалка и отпуск стали
Структура стали У10 после неполной закалки состоит из …

		мартенсита, цементита, остаточного аустенита
	мартенсита и троостита
	мартенсита и феррита
	мартенсита, бейнита и троостита

Решение:При неполной закалке сталь нагревают до температуры выше температуры точки Ас₁ на 30…50 0 С. При этом в структуре закаленных сталей, наряду с образующимся в результате распада аустенита мартенситом, присутствует цементит, обеспечивающий увеличение твердости и износостойкости стали, а также некоторое количество остаточного аустенита.

ЗАДАНИЕ N 9. Тема: Закалка и отпуск стали.При термической обработке легированных сталей по показанному на рисунке режиму 3 распад аустенита происходит с образованием …

		бейнита
	мартенсита
	перлита
	сорбита

Решение:Термическая обработка по режиму 3 называется изотермической закалкой. В этом случае деталь после нагрева до температуры закалки охлаждают в среде с температурой несколько выше точки М_н и дают продолжительную выдержку. При этом происходит промежуточное превращение аустенита с образованием бейнита.

ЗАДАНИЕ N 10. Тема: Закалка и отпуск стали.Структура стали 60 после полной закалки и среднего отпуска представляет собой …

		троостит отпуска
	мартенсит отпуска
	феррито-перлит
	сорбит отпуска

Решение:После полной закалки и среднего отпуска стали 60 образуется структура троостита отпуска.

ЗАДАНИЕ N 11. Тема: Закалка и отпуск стали.Полного превращения исходной структуры в аустенит не происходит при ______ закалке.

		неполной
	полной
	изотермической
	поверхностной

Решение:Полного превращения исходной структуры в аустенит не происходит при неполной закалке. Неполную закалку с нагревом до температуры выше температуры точки Ас₁ на 30…50 0 С применяют обычно для заэвтектоидных сталей. При этом в структуре закаленных сталей присутствует цементит, вследствие чего достигается увеличение твердости и износостойкости, необходимых для инструментов.

ЗАДАНИЕ N 12. Тема: Закалка и отпуск стали.После полной закалки и среднего отпуска доэвтектоидные стали приобретают структуру, состоящую из …

		троостита отпуска
	сорбита отпуска
	мартенсита отпуска
	мартенсита и остаточного аустенита

Решение:Полная закалка и средний отпуск доэвтектоидных сталей обеспечивают получение структуры троостита отпуска.

ЗАДАНИЕ N 13. Тема: Закалка и отпуск стали.Термическим улучшением стали называют …

		сочетание закалки и высокого отпуска
	сочетание закалки и среднего отпуска
	нагрев до полной фазовой перекристаллизации и охлаждение на воздухе
	термообработку, обеспечивающую получение равновесной структуры

Решение:Термическим улучшением стали называют сочетание закалки и высокого отпуска. Такая термообработка обеспечивает получение хорошей вязкости стали при сохранении достаточно высокой прочности и применяется для деталей машин, подвергающихся динамическим и циклическим нагрузкам.

ЗАДАНИЕ N 14. Тема: Закалка и отпуск стали.Структура, получаемая после неполной закалки инструментальных сталей и низкотемпературного отпуска, – это …

		мартенсит отпуска
	сорбит отпуска
	смесь феррита и пластинчатого цементита
	троостит отпуска

Решение:После неполной закалки инструментальных (заэвтектоидных) сталей и низкотемпературного отпуска мартенсит закалки превращается в мартенсит отпуска.

ЗАДАНИЕ N 15. Тема: Закалка и отпуск стали.В качестве охлаждающих сред при закалке используют …

		воду и минеральные масла
	холодный воздух
	спокойный воздух
	горячую воду

Решение:В качестве охлаждающих сред при закалке чаще всего используют воду и минеральные масла.

ЗАДАНИЕ N 16. Тема: Закалка и отпуск стали.Структура, получаемая при изотермической закалке деталей из некоторых легированных сталей, обладающая высокой вязкостью и прочностью, это …

		нижний бейнит
	троостит
	мартенсит
	безигольчатый мартенсит

Решение:Изотермическую закалку деталей из некоторых легированных сталей проводят для получения структуры нижнего бейнита, обладающего высокими вязкостью и прочностью.

ЗАДАНИЕ N 17. Тема: Закалка и отпуск стали.Способность стали к увеличению твердости при закалке называется …

		закаливаемостью
	прокаливаемостью
	металлургическим качеством
	дисперсионным твердением

Решение:Способность стали к увеличению твердости при закалке называется закаливаемостью.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском: