Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу “Термическая и химико-термическая обработка металлов” для студентов специальности 150501 Материаловедение в машиностроении Томск 2007 (стр. 1 из 8)

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ММС,

академик РАН

_____________ В.Е. Панин

“____”________2007 г.

Лабораторный практикум

Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу “Термическая и химико-термическая обработка металлов”

для студентов специальности 150501 — Материаловедение в машиностроении

Томск 2007

УДК 629

Лабораторный практикум: Метод. указ. по выполнению лаб. работ по курсу “Термическая и химико-термическая обработка металлов” для студентов специальности 150501 — Материаловедение в машиностроении

— Томск: Изд. ТПУ, 2007. - 35 с.

Составитель канд. техн. наук Е.В.Беликов

Рецензент к.ф.-м.н., доцент Б.С. Зенин

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры ММС “___”________2007г.

Зав. кафедрой

академик РАН ______________ В. Е. Панин

©Томский политехнический университет

Лабораторная работа №1

Изучение макроструктуры деформированных сплавов

1. Цель работы

1.1. Изучение последствий обработки металлов давлением путем изучения макроструктуры деформированных сплавов. Уметь отличить деформированные структуры от литых структур разных сплавов.

1.2. Приобретение опыта проведения эксперимента и опыта подготовки образцов с макроструктурой к изучению.

2. Общая часть

Деформация металлов в холодном и горячем состоянии вызывает глубокие изменения в структуре последних и оказывает заметное влияние на физические, химические и механические свойства сплавов.

Наряду с формированием текстуры деформации (металлографической и кристаллографической) обработка давлением предопределяет «волокнистую» структуру сплавов, что имеет большое практическое значение.

2.1. Элементы структуры деформируемых сплавов

Неметаллические включения в стали (сульфиды, оксиды, шлаки), а также неоднородные по составу участки (ликвации) при обработке давлением частично дробятся, вытягиваются в направлении главных деформаций, образуя характерную продольную волокнистость или первичную полосчатость. Кроме того, в некоторых сталях в процессе вторичной кристаллизации вторичная фаза (феррит, карбиды) склонна кристаллизоваться вокруг вытянутых неметаллических включений, образуя так называемую вторичную полосчатость. Механические свойства таких сталей значительно различаются, они выше в образцах, вырезанных вдоль направления волокон и меньше в образцах с перпендикулярным направлением волокон.

При обработке таких сталей резанием волокна могут быть перерезаны, вследствие чего ударная вязкость оказывается пониженной и даже недостаточной для данного материала. Поэтому для деталей, работающих при высоких удельных нагрузках (особенно динамических) необходимо, чтобы волокна не перерезались, а распределялись по контуру детали или в направлении максимальных усилий. Примерами таких деталей могут быть коленчатые валы, клапаны двигателей внутреннего сгорания, зубчатые колёса, молотовые штампы, матрицы и пуансоны для холодной деформации металлов и другие. Такое предпочтительное волокнистое строение может быть достигнуто правильным выбором технологии ковки или штамповки. Для каждого вида стали разработана шкала карбидной неоднородности, которая оценивается баллами и является браковочным признаком при «входном» контроле качества металла, поступающего на машиностроительное предприятие. Сказанное выше, относится только к калиброванному прокату в отожженном состоянии. К горячекатаному металлу в виде поковок, цилиндрических штанг, труб, которые на предприятии будут проходить горячую механическую обработку и отжиг это не относится, так как окончательная структура материала будет формироваться в ходе выполнения горячей механической обработки.

2.2. Выявление макроструктуры сплава и его оценка

Волокнистое строение сплава может быть выявлено различными способами, но наиболее простым способом является травление макрошлифа специальным реактивом. По характеру рисунка травления можно определить не только направление волокон, но и способ изготовления исследуемой детали.

Волокна металла хорошо выявляются травлением специально подготовленного образца в реактиве следующего состава:

HCl = 85гр + H₂SO₄ и 53 гр на 1000 см³ воды

При необходимости можно выявить и распределение серы по поверхности макрошлифа. Это достигается путем снятия отпечатка по Бауману на фотобумагу, которая перед этим увлажняется обычной водой.

Другая составляющая макроструктуры: карбиды, непластичные оксиды и другие хрупкие фазы сплава при деформациях (холодной и горячей) разрушаются и образуют полосы хрупких частиц: это так называемая «полосчатость», которая так же характеризует качество сталей и их склонность к разрушению при ударном нагружении. Наблюдается она только в легированных сталях, оценивается по баллам и является браковочным признаком при «входном» контроле металла, поступающего на машиностроительное предприятие.

3. Порядок выполнения работы

Для выполнения работы необходимы образцы из сталей, подвергнутых горячей или холодной обработке давлением (протяжка, ковка, прокатка). Образец разрезается по выбранному сечению и проходит предварительную механическую обработку с целью получения плоской поверхности. Затем производится обработка шлифовальной шкуркой в двух взаимно перпендикулярных направлениях, т.е. проводят те же операции, как и при приготовлении шлифа за исключением полирования поверхности. Затем поверхность протирается спиртом и погружается на 40-50 секунд в раствор, состав которого определяется маркой стали. После травления образец промывается и просматривается визуально. Отчётливо видимый рисунок травления зарисовывается или фотографируется (макрофотография).

4.Требования к отчету

По окончанию работы составляется письменный отчет, в котором должно быть:

- цель работы и задание;

- краткое описание формирования структуры деформации;

- описание методики проведения работы;

- эскиз исследованной детали (образца);

- рисунок (фотография) полученных фигур травления;

- заключение о качестве металла и способе изготовления детали.

5. Разделы программы, которые необходимо знать при выполнении и сдаче лабораторной работы

1. Главные напряжения и главные деформации.

2. Процессы, происходящие в металлах при деформации.

3. Холодная и горячая деформации.

4. Два вида текстуры деформированного металла.

5. Особенности структуры деформированных металлов.

6. Список литературы

1. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. М.: Металлургия.-1975.- с.420

2. Суворов И.К. Обработка металлов давлением. М.: Высшая школа.-1973.-с.460.

3. Гуляев А.П. Металловедение. М.-1978.-с.586.

4. Громов Л.К. Обработка металлов давлением. М.:Металлургия.-1980.-436 с.

Лабораторная работа № 2

Особенности процесса закалки колец подшипников и контроль качества

1. Цель работы

Изучить производственный процесс закалки колец подшипников.

2.Материалы и оборудование: кольца подшипников 228/01 (наружное), массой 3371 гр., толщиной стенки 13,3 мм, электропечь с конвейерным подом типа К-170.

3. Контроль качества колец общего и специального назначения после закалки и отпуска

Твердость колец после закалки и отпуска должна соответствовать требованиям ГОСТ 520. значения твердости указываются в технологической карте. Контроль твердости осуществляется контролером на твердомере «Роквелл». Кольца для контроля ОТК предъявляет термист цеха. Нормы контроля твердости приведены в таблицах 2 и 3. микроструктура колец должна соответствовать 1-4 баллам шкалы 3 РТМВНИПП 155. величина балла определяется в зависимости от толщины стенки колец и приведена в таблице 1. для колец с толщиной стенки свыше 12 мм. на глубине более 3 мм, допускается наличие участков троостита, соответствующих 8 баллам и выше, по шкале 3. Величина избыточных карбидов не должна превышать 10 баллов по шкале 3. Остатки карбидной сетки в микроструктуре колец не должны превышать 3 балла шкалы 4 ГОСТ 801. Излом колец после нормальной закалки и отпуска должен соответствовать 1-3 баллам шкалы 4. Глубина полного или частичного обезуглероживания после закалки и отпуска на шлифуемых поверхностях определяется при контроле микроструктуры и не должна превышать половины припуска на шлифование. Последующая механическая обработка должна гарантировать отсутствие обезуглероженности на рабочих и монтажных поверхностях. Глубина обезуглероженного слоя на не шлифуемых поверхностях колец после закалки и отпуска с нагревом в защитной атмосфере не должна превышать 0.08 мм. При закалке без защитной атмосферы обезуглероженный слой на не шлифуемых поверхностях допускается до 0.2 мм. контроль на обезуглероживание производится металлографическим методом. Величина максимально допустимого обезуглероженного слоя для колец определяется по диаметру желоба и указывается в ведомости деталей. Кольца для оценки микроструктуры, излома, величины обезуглероженного слоя термист предъявляет в ОТК, нормы контроля предоставляются в таблице 2 и 3. Приготовление шлифов производится контролером на шлифовальном станке согласно РТМ ВНИПП 155. оценка микроструктуры производится с помощью микроскопа, результаты вносятся в журнал ОТК. Кольца после закалки и отпуска проходят проверку на наличие трещин контролером на установке магнито- люминесцентной дефектоскопии согласно ИВНИПП 008. Кольца предъявляет термист цеха. Трещины на кольцах не допускаются. При обнаружении поверхностных дефектов металлургического, термического или механического происхождения в процессе выборочного контроля колец после термической обработки, кольца подвергаются сплошному контролю ОТК цеха, ответственного за пропущенный брак. Грубая окалина на кольца не допускается.