Закалка. Закалкой называется процесс термической обработки металлов, состоящий в их нагреве и быстром (иногда постепенном) охлаждении

Закалкой называется процесс термической обработки металлов, состоящий в их нагреве и быстром (иногда постепенном) охлаждении. Закалка применяется для повышения твердости, прочности и износоустойчивости. У некоторых металлов в процессе закалки повышается пластичность. Условия закалки для различных металлов, а порой и различных изделий из одного и того же металла отличаются. Особое значение это имеет для закалки инструментов, поскольку они подвергаются различной нагрузке.

Технология закалки следующая: изделие нагревают до определенной температуры (для стали 18ХГ2 температура равна 900^оС) и некоторое время выдерживают. За этот период изделие равномерно прогревается. Далее следует охлаждение. Охлаждают изделие в воде, при необходимости к ней добавляют поваренную соль, которая повышает эффективность закалки.

Температура воды для закалки должна быть на уровне 27-28°. В холодной воде металл делается ломким. Чем теплее вода, тем менее эффективна закалка (металл остается мягким).

Очень важно, чтобы во время охлаждения температура воды или раствора оставалась почти неизменной. Контролировать это непросто. Емкость для охлаждения должна быть такой, чтобы масса помещающейся в ней воды была в 30-50 раз больше массы закаливаемого изделия. Тогда скачки температуры воды от погружения раскаленного металла будут менее значительны. Чтобы охлаждение изделия происходило быстрее, можно перемещать его в емкости в различных направлениях.

Наиболее часто закалке подвергаются стальные изделия. Так, конструкционные стали обычно нагревают до 880-900 ° (цвет каления светло-красный). Особо твердые инструменты российская промышленность выпускает из специальных конструкционных сталей (маркировка "А") с содержанием углерода 0,25-0,7%. Эти стали обладают достаточно высокой прочностью, на которую эффективно воздействует закалка.

Конструкционные углеродистые стали используются в основном в изделиях, для которых особая прочность не требуется. Закалка мало способна повлиять на изменение твердости этой стали. Эффективна закалка и для изделий, выполненных из углеродистой инструментальной стали. Эти стали содержат 0,7-1,5% углерода и отличаются высокой прочностью. Производить закалку инструментальной стали лучше при температуре 750-760° (цвет каления темно-вишнево-красный). Для нержавеющей стали эта температура составит 1050-1100° (цвет темно-желтый), что обусловлено присутствием в ней более тугоплавких никеля и хрома.

Нагревают заготовки вначале медленно (до 500°), а затем быстро. Это необходимо для того, чтобы в металле не возникало внутреннее напряжение, зачастую приводящее к появлению трещин.

Для охлаждения стали после закалки помимо раствора поваренной соли можно использовать растительное или машинное масло. Чаще всего в масле охлаждают конструкционные и инструментальные стали. Детали сложной формы сначала охлаждают в воде (до 300-400°), а затем до полного остывания оставляют в масле. Еще один фактор, говорящий в пользу масла - в масле поверхность стального изделия покрывается плотной коричневой или черной пленкой оксидов, надежно предохраняя ее от коррозии.

В среднем время пребывания заготовки в охладителе рассчитывается, исходя из соотношения: одна секунда на 5-6 мм сечения изделия. Для более интенсивного охлаждения изделие, погруженное в охладитель, надо постоянно перемещать во всех направлениях.

Микроструктура стали марки после 12ХНЗА закалки показана на рис. 7.

Рис. 7. Микроструктура стали марки 12ХНЗА после закалки и охлаждения в масле: доэвтектоидная сталь – феррит (светлые участки)

и перлит (темные участки).

Отпуск

Отпуск − термическая обработка, в результате которой в предварительно закаленных сталях происходят фазовые превращения, приближающие их структуру к равновесной. Сочетание закалки с отпуском предполагает получения более высокого уровня свойств (твердости, характеристик прочности, удельного электрического сопротивления). На рис. 8. показана микроструктура стали после улучшающей обработки (отпуск).

Отпуск при 180 - 200 °С проводится для снятия внутренних напряжений и получение более устойчивого структурного состояния. Он выполняется с целью получения структуры мартенсита отпуска и для частичного снятия внутренних напряжений в закаленной стали с целью повышения вязкости без снижения твердости. После такого режима термической обработки структура поверхностного слоя - мелкоигольчатый мартенсит с вкраплениями избыточного цементита, а сердцевины - мелкозернистый феррит + перлит.

Рис. 8. Микроструктура стали после отпуска:

а –микроструктура поверхностного слоя − мелкоигольчатый мартенсит с вкраплениями избыточного цементита; б – сердцевина −мелкозернистый феррит + перлит

В конечном итоге мы получили пластинчатую микроструктуру. Пластинчатая микроструктура позволяет повысить вязкость разрушения, сопротивление росту усталостной трещины, ударную вязкость, а также сопротивление ползучести и длительной прочности.

Заключение

Курсовая работа основана на конкретном материале и содержит разработку решений конкретных технологических задач.

При работе над темой были осуществлены поиск и аналитический обзор источников информации. Структура базы источников: научно-техническая и техническая литература, справочная литература, научно-методическая литература.

Термическая обработка является одной из основных, наиболее важных операций общего технологического цикла обработки, от правильного выполнения которой зависит качество (механические и физико-химические свойства) изготовляемых деталей машин и механизмов.

При знакомстве с источниками особое внимание было уделено рассмотрению конструкции ролика вала рулевой сошки двигателя автомобиля и характеристике марки стали 12ХНЗА.

В курсовой работе приведены графические материалы и таблицы, которые придают излагаемому материалу большую наглядность и доказательность.

При выполнении курсовой работы мы закрепили, обобщили полученные нами в курсе «Материаловедение» теоретические знания.

Все поставленные задачи решены, цель достигнута.

Список используемой литературы

1. Баранов Г.Г. Курс теории механизмов и машин. Учеб. Пособие, изд. 5-е, стереотип. – М.: Машиностроение, 1975 – 494 с.: ил.

2. С.Н. Колесов, И.С. Колесов. Материаловедение и технология конструкционных материалов. М.: - Высшая школа., 2004. - 518 с.

3. Марочник сталей и сплавов. / Под ред. Зубченко А.С./. – М.: Машиностроение. – 2003., - 784 с.

4. Машиностроение. Энциклопедия. Т. 1 - 4 / Под ред. академика РАН К.С. Колесникова/. – М.: Машиностроение. – 1995.

5. машиностроение. Энциклопедия. – М.: машиностроение. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлы, материалы. – 2001., - 880 с.

6. машиностроение. Энциклопедия.– М.: машиностроение. Стандартизация и сертификация в машиностроении.т. 1 – 5 – 2002. -672с.

7. машиностроение. Энциклопедия.– М.: машиностроение. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлы, материалы. – 2001., - 880 с.

8. машиностроение. Энциклопедия».– М.: машиностроение. III-3 Технология изготовления деталей машин. - 2002. – 840 с.

9. Методические рекомендации по выполнению курсовых и выпускных квалификационных работ. / Авторы составители: Г. Г. Козлова, Р. Я. Сафиханов, Н. Н. Минина и др. – Бирск, 2006. – 25 с.

10. Обработка резанием, металлорежущий инструмент и станки. / В. А. Гапонкин и др. – М., 1990. – 228 с.

11. Технология конструкционных материалов: учебник / Под ред. О.С. Комарова. – Минск: Новое знание, 2005. – 560 с., Ил.

12. Технология конструкционных материалов / Под общей ред. заслуж. деят. науки и техники Р.Ф. д-ра техн. наук, проф. А.М. Дальского/. – М.: Машиностроение, - 2004. – 505 с.

13. Пожидаева С.П. Курсовые и выпускные квалификационные работы. Учебно-методическое пособие для студентов факультета технологии и предпринимательства очной и заочной форм обучения, соискателей педагогических работников / специальность 030600, переработанное и дополненное. – Бирск: Бирск. гос. соц.-пед. акад., 2009 – 63 с.

14. Пожидаева С.П. Основы производства: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 030600 (050502) – технология и предпринимательство – Бирск: гос. соц. пед. академия, 2006. – 250 с.

15. Пожидаева С.П. Основы производства: Материаловедение и производство металлов: учеб. Пособие для студ. высш. учеб.заведения/ С.П. Пожидаева. – М.: Издательский центр «Академия, 2010. – 192 с.

16. http://www.freepatent.ru/patents/2244135

17. http://www.profprokat.ru/content/view/655/7/