Курсовая работа: Термическая обработка материала для изготовления кернера

Твёрдость характеризует сопротивление материала большим пластическим деформациям. Наиболее распространённые методы определения твёрдости связаны с внедрением специального тела называемого индентором, в испытуемый материал с таким усилием, чтобы в материале остался отпечаток индентора. О величине твёрдости судят по отпечатку.

Испытания на твёрдость будем проводить по методу Роквелла, так как изготавливаемая деталь после термической обработки должна обладать твердостью от 61 до 65 НRС [1, с. 34].

При методе Роквелла индентором служит алмазный конус с углом при вершине 120⁰ (рис. 2), а также шарик из закалённой стали диаметром 1,588 мм [3, 79].

Рис. 2

Нагрузка при использовании алмазного конуса устанавливается 150 или 60 кгс в зависимости от твёрдости материала - большая для менее твердых материалов (закалённые стали), меньшая для материалов с очень высокой твёрдостью (твёрдые сплавы, режущая керамика). Стальной шарик вдавливают с нагрузкой 100 кгс [1, с. 35].

Испытания выполняются на специальном приборе (рис. 3), имеющем черную (С) и красную (В) шкалы. Шкала «С» используется при испытаниях с помощью алмазного конуса при нагрузке 60 и 150 кгс, шкала «В» - для шарика с нагрузкой 100 кгс. Значение твёрдости обозначаются: НRС - алмазный конус, нагрузка 150 кгс; НRА - алмазный конус, нагрузка 60 кгс; НRВ - шарик.

Значение твёрдости в единицах НRС примерно в 10 раз меньше, чем в единицах НВ, то есть твёрдость 30 НRС примерно соответствует 300 НВ. Между значениями твёрдости по шкалам «С» и «А» имеется следующая зависимость: НRС = 2 НRА -104 [1, с. 36].

Рис. 3

Испытания на прокаливаемость

Под прокаливаемость подразумевают глубину проникновения закалённой зоны [3, с. 293].

Для определения прокаливаемсти применяют метод торцевой закалки. Стандартный образец (рис. 4) диаметром 25 мм и длинной 100 мм, нагретый до заданной температуры, охлаждается с торца на специальной установке (рис. 5); так как скорость охлаждения уменьшается по мере увеличения расстояния от торца, то изменяется структура и твёрдость образца.

Рис. 4 Рис. 5

Изменение твёрдости по длине образца показывают на кривых прокаливаемости (рис. 6) построенных в координатах «твёрдость - расстояние» от торца.

Рис. 6. Кривая прокаливаемости (сталь с 0,4 % С)

Так как прокаливаемость одной и той же стали может колебаться в широких пределах в зависимости от колебаний химического состава и величины зерна, то прокаливаемость каждой марки стали характеризуется не кривой, а полосой прокаливаемости (рис. 7).

Рис. 7

Определив с помощью полосы прокаливаемости расстояние от торца до полумартенситной зоны данной марки стали, по номограмме (рис. 8) можно определить критический диаметр, то есть максимальный диаметр цилиндрического прутка, который прокаливается насквозь в данном охладителе.

Рис. 8

Углеродистые стали при закалке в воде имеют критический диаметр 10 - 20 мм [1, с. 78].

Определение ударной вязкости

Испытания на ударную вязкость относятся к динамическим. Для определения ударной вязкости используют образцы с надрезом, который служит концентратором напряжений. Используют U- и V- образные образцы (рис. 9). В зависимости от формы надреза ударную вязкость обозначают KCU или KCV.

Рис. 9

Образец устанавливают на маятниковом копре (рис. 10), так чтобы удар маятника происходил против надреза, раскрывая его.

Рис. 10

Маятник поднимают на высоту h₁ , при падении он разрушает образец, поднимаясь на высоту h₂ , h₁ >h₂ . Таким образом, работа разрушения составит: A = mg *(h₁ -h₂ ) кДж [кгс*м]. Её значение считываются со шкалы, установленной на маятниковом копре [1, с. 38].

Ударная вязкость - это относительная работа разрушения, то есть работа, отнесённая к площади F образца до разрушения. Таким образом, KCU(KCV) = A/ F.

Разрушение металла при ударной нагрузке развивается в две стадии. На первой зарождается трещина, на второй она распространяется до разрушения образца. Таким образом, суммарная величина работы разрушения складывается из двух составляющих - работы по зарождению (А_з ) и распространению (А_р ) трещины. Эти составляющие зависят от структуры материала. Надёжность материала определяется работой распространения трещины. У хрупких материалов величина А_р близка к нулю.

У многих металлов и сплавов (имеющих объемно-центрированную кубическую и гексагональную решётки) с понижением температуры наблюдается переход от вязкого разрушения к хрупкому, проявляющийся в снижении ударной вязкости и изменении характера излома. Температурный интервал изменения характера разрушения называется порогом хладноломкости [1, с. 39].

Испытания проводят при разных температурах, при каждой температуре анализируют вид излома и определяют в нём количество волокнистой составляющей.

По результатам испытаний строят график (рис. 11)

Рис. 11

Различают верхнюю Т_в и нижнюю Т_н границы порога хладноломкости. В этом интервале температур происходит переход от вязкого волокнистого излома к хрупкому кристаллическому. Часто порог хладноломкости определяют по температуре испытания, при которой в изломе имеется 50% вязкой волокнистой составляющей Т₅₀ [1, с. 39].

Желательно эксплуатировать материал выше Т_в . Разница между Т_раб. и Т_в называют запасом вязкости.

Испытание на растяжение

Прочность, упругость, пластичность определяются при испытаниях на растяжение. Для проведения испытания изготовляют образцы плоской или круглой формы. Испытания выполняют на разрывных машинах различных конструкций. Головки образцов помещают в зажимы разрывной машины, и образцы растягивают до разрушения. По результатам испытаний машина записывает диаграмму растяжения (рис. 12).

Рис. 12

предел пропорциональности (максимальное напряжение, которое выдерживает образец, не теряя своих упругих свойств), точка А;

предел упругости (напряжение, при котором величина остаточной деформации равна 0.05%);

предел текучести (напряжение, которое вызывает остаточную деформацию 0.2%), участок Б-Г;

предел прочности (максимальное напряжение, которое выдержал образец во время испытания), точка Д.

После того, как усилие достигнет максимального значения, в образце появится шейка, в этом месте в дальнейшем и произойдет разрушение.

Испытание на жидкотекучесть