- •Методичні вказівки
- •Рекомендована література
- •Лабораторна робота № 1 визначення твердості металів
- •1.1. Теоретичні відомості
- •1.1.1. Визначення твердості методом Брінелля
- •Значення коефіцієнта пропорційності для різних матеріалів
- •Значення твердості на практиці визначають за довідковою таблицею.
- •1.1.2. Визначення твердості за методом Роквелла
- •Технічні характеристики преса тк-2
- •1.2. Порядок виконання роботи
- •Протокол результатів вимірювань за Брінеллем
- •Протокол результатів вимірювань за Роквеллом
- •Лабораторна робота № 2 побудова діаграми стану двохкомпонентних сплавів
- •2.1. Теоретичні відомості
- •2.2. Порядок виконання роботи
- •Лабораторна робота № 3 Макроскопічний метод дослідження металів
- •3.1. Теоретичні відомості
- •3.1.2. Зовнішній огляд
- •3.1.3. Вивчення макрошліфів.
- •3.1.4. Вивчення зламів
- •Збільшення мікроскопа мім-7
- •4.1.1. Дослідження мікрошліфів.
- •4.2. Порядок виконання роботи
- •Лабораторна робота № 5 мікроаналіз вуглецевих сталей і чавунів
- •5.1. Теоретичні відомості
- •Координати характерних точок діаграми Fe - Fe3c
- •5.1.1. Класифікація вуглецевих сталей
- •5.1.2. Маркування вуглецевих сталей
- •5.1.3. Класифікація і маркування чавунів
- •5.2. Порядок виконання роботи
- •Результати дослідження мікроструктури вуглецевих сталей
- •Результати дослідження мікроструктури чавунів
- •Лабораторна робота №6 вплив термічної обробки на структуру і властивості вуглецевих сталей
- •6.1. Теоретичні відомості
- •6.2. Порядок роботи
- •Протокол досліджень
- •Лабораторна робота №7 термічна обробка легованих сталей
- •7.1. Теоретичні відомості
- •7.1.1. Класифікація легованих сталей
- •7.1.2. Маркування легованих сталей
- •7.2. Порядок виконання роботи.
- •8.2. Порядок виконання роботи
- •Протокол досліджень
7.2. Порядок виконання роботи.
Дослідження впливу легких елементів на перетворення в сталі виконують порівняльним аналізом результатів, отриманих після термічної обробки вуглецевої і легованої сталі з однаковим вмістом вуглецю (40 і 40Х, У9 і 9ХС, У10 і ШХ15).
7.2.1 Визначити за діаграмою стану Fe – Fe 3C або за довідником літератури нагріву вибраних для дослідження марок сталей.
7.2.2. Визначити час нагрівання і витримки зразків у печі в залежності від їх розмірів та форми за таблицею 7.1.
7.2.3. Завантажити в муфельну піч, яка нагріта до необхідної температури, по чотири зразки вуглецевої і легованої сталей і витримати їх визначений час.
7.2.4. Охолодити по одному зразку кожної марки сталі в різних охолоджувальних середовищах: у воді, у маслі, на повітрі та в печі,
7.2.5. Виміряти за методом Роквелла твердість всіх зразків після охолодження. Попередньо плоскі поверхні зразків слід зачистити за допомогою шліфувального паперу або на заточному верстаті.
Усі параметри і результати експериментів оформити у вигляді табл. 7.1.
Таблиця 7.1.
Основні параменти і результати термічної обробки сталей.
Марка сталі |
Температура нагрівання, 0С |
Охолоджувальне середовище |
Середня швидкість охолодження, 0С/с |
Твердість після термообробки |
Структурні складові після термообробки |
|
|
|
|
|
|
Лабораторна робота №8
ВПЛИВ ХІМІКО-ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ НА СТРУКТУРУ І ВЛАСТИВОСТІ СТАЛІ
Мета роботи: Вивчити вплив хіміко-термічної обробки на структуру і механічні властивості вуглецевої сталі.
Забезпечення роботи: піч муфельна, контейнер, вугілля деревне, зразки низьковуглецевої сталі, твердомір Роквелла, альбом структур.
8.1. Теоретичні відомості
Хіміко-термічна обробка (ХТО) служить для зміни хімічного складу, структури і властивостей поверхневого шару сталі. Окрім поверхневого зміцнення, ХТО підвищує, корозійну стійкість, жаростійкість і деякі інші властивості. Особливістю ХТО є те, що при її проведенні у сталі відбуваються не тільки фазові перетворення, пов’язані з її нагріванням і охолодженням, але і хімічні реакції, які змінюють склад поверхневого шару деталі.
При проведенні ХТО деталь поміщають у середовище, збагачене елементами, якими передбачається насичення поверхневого шару (вуглецем, азотом, хромом, алюмінієм, кремнієм) і нагрівають до певної температури. При цьому інтенсивно відбуваються такі процеси: дисоціація – розпад молекул на атоми відповідного елемента; адсорбція – поглинання поверхневим шаром металу атомів; дифузія – проникнення атомів у глибину металу. Необхідною умовою цього є висока температура нагрівання і великий час витримування при ній.
Застосовують такі основні види ХТО: цементація – насичення поверхневого шару сталі вуглецем; азотування – насичення поверхневого шару сталі азотом; ціанування – насичення поверхневого шару сталі одночасно вуглецем і азотом; дифузійна металізація – насичення поверхневого шару сталі металами (хромом, алюмінієм, кремнієм, молібденом тощо).
Одним з найпоширеніших видів ХТО є цементація, яка застосовується для конструкційних вуглецевих і легованих сталей з малим вмістом вуглецю (до 0,3 %). При цьому поверхневий шар за рахунок максимального насичення вуглецем підвищує твердість і стійкість до зношення, а серцевина залишається в’язкою.
Утворення і будова цементованого шару. При цементації атоми вуглецю дифундують у гратку γ-заліза до того часу, поки не відбудеться повне насичення аустеніту вуглецем згідно лінії SE на діаграмі Fe-C. В цьому випадку на поверхні може утворитися суцільний шар цементиту. У реальних умовах це відбувається дуже рідко.
Рис.8.1.Зміна концентрації та твердості цементованого шару по товщині та його мікроструктура
Цементований шар має змінну концентрацію вуглецю по товщині – чим далі від поверхні, тим його менше (рис.8.1). У структурі можна розрізнити три зони: заевтектоїдну 1 (складається з перліту та вторинного цементиту), евтектоїдну 2 (складається з перліту) та доевтектоїдну 3 (складається з фериту, кількість якого зростає по мірі наближення до серцевини). За ефективну товщину цементованого шару приймають суму заевтектоїдної, евтектоїдної та половину доевтектоїдної зон (до вмісту вуглецю 0,4 %). Це відповідає твердості НRС 50. Орієнтовна швидкість цементації – 0,1 мм/год.
Є два види цементації – у твердому карбюризаторі та газова.
При цементації у твердому карбюризаторі цементуючим середовищем є речовина, багата на вуглець (карбюризатор) – деревне вугілля (дубове чи березове), змішане у певній пропорції з речовинами, які активізують процес дисоціації (ВаСО3, Nа2СОз) у кількості 10…40 %. Деталі завантажують у металевий ящик і нагрівають. При цьому кисень повітря взаємодіє з вуглецем карбюризатора:
С+О2↔СО2 (8.1)
СО2 +С↔2СО (8.2)
2СО↔СО2+Сатомарний (8.3)
У присутності активаторів відбуваються й інші реакції з виділенням атомарного вуглецю, наприклад:
ВаСО3 +С↔ВаО+2СО (8.4)
2СО↔СО2+Сатомарний (8.5)
Перевагою цементації у твердому карбюризаторі є те, що не потрібно спеціального устаткування – вона може відбуватися у звичайних термічних печах. А основні недоліки – довга тривалість і і мала економічність процесу. Тому у промислових умовах широко застосовують прогресивніший процес – газова цементація. У цьому випадку карбюризаторами є гази – природні (метан, оксид вуглецю, бутан тощо) і штучні (продукти термічного розкладу різноманітних нафтопродуктів). Цементація здійснюється у спеціальних камерах, через які пропускається з певною швидкістю цементуючий газ, наприклад метан чи оксид вуглецю. При нагріванні до 900…930 0С відбуваються такі реакції:
СН4=2Н2+ Сатомарний (8.6)
2СО↔СО2+Сатомарний (8.7)
При газовій цементації товщина цементованого шару звичайно складає 1…2 мм, а концентрація вуглецю на поверхні деталі – 0,9…1,2 відсотки. Крім того, перевагами газової цементації є вища швидкість процесу, зручність регулювання товщини шару і концентрації вуглецю; можливість механізації і автоматизації процесу.
Після цементації мікроструктура поверхневого шару не забезпечує потрібної твердості, тому цементовані деталі піддають термічній обробці – гартуванню та низькому відпусканню.