методичка (557035), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Перемещаяс помощью стрелок «вправо – влево» вертикальную линию-курсор, выбрать сталь с заданным содержанием углерода.3. Перемещая вверх или вниз горизонтальную линиюкурсор, выбрать температуру нагрева под закалку. На диаграммеуказано значение температуры Ас1 или Ас3.4. В левом нижнем углу экрана задать время нагрева детали(определяется из расчета 1 мин на 1 мм сечения детали, в режиме «Теория» сечение детали постоянно и равно 20 мм), атакже время выдержки детали при температуре закалки (оносоставляет 10 % от времени нагрева).
Выбор каждого параметраподтверждается нажатием клавиши «Enter».5. Выбрать режим охлаждения согласно варианту задания.6. Проследить за превращениями, происходящими при закалке. Зарисовать кривые охлаждения поверхности и сердцевины детали, наложенные на эскиз термокинетической диаграммыстали. Зарисовать эскизы микроструктуры стали до закалки, притемпературе нагрева, после закалки.7.
Исходя из содержания углерода в стали, выбрать температуру отпуска, перемещая вверх или вниз горизонтальную линию-курсор. Выбрать продолжительность отпуска, перемещаявлево вертикальную линию-курсор (время задается в минутах,продолжительность отпуска обычно составляет 2…3 ч).8. Проследить за превращениями при отпуске, зарисоватьполученную микроструктуру.9.
Повторить действия по пп. 2–8 для второго вида закалки,указанного в задании. Описать в отчете преимущества и недостатки изученных способов закалки.10. Выйти из режима «Теория» и перейти в режим «Обучение». Решить задачу по выбору термической обработки для детали.
Занести в отчет условия задачи, график выбранной обра23ботки с указанием всех параметров, зарисовать микроструктурына всех этапах термической обработки. Обосновать сделанныйвыбор.Контрольные вопросы1. Назовите основные виды термической обработки сталей.2. Как назначается время выдержки и для чего оно требуется при нагреве детали при термообработке?3. Что такое закалка? Как выбирают температуру нагревапри закалке сталей?4. Какую структуру имеет сталь после низкого, среднего,высокого отпуска?5.
Что такое остаточные напряжения, причина их появления, могут ли они быть полезными?6. От каких факторов зависят внутренние напряжения идеформация?7. Как влияет содержание углерода в стали на внутренниенапряжения при термической обработке?8.
Какие технологические приемы позволяют снизить уровень закалочных напряжений?9. Что такое ступенчатая закалка?10. Как проводится закалка в двух средах?11. Для каких деталей проводят изотермическую закалку?Работа № 4. ИЗУЧЕНИЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЙСПОСОБНОСТИ ЗАКАЛОЧНЫХ СРЕДИ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ДЕТАЛИПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИЦели работы – изучить охлаждающую способность закалочных сред (ЗС) и получить температурную зависимость коэффициентов теплоотдачи; использовать полученные значения коэффициента теплоотдачи для прогнозирования прокаливаемостипо сечению детали заданной формы на основе моделированияпроцесса охлаждения в изучаемой среде.24Теоретическая частьПроцесс закалки состоит из трех основных операций: нагрев до требуемой температуры, выдержка при этой температуре, охлаждение.
Качество закалки во многом зависит от свойствЗС, в которой происходит охлаждение детали. Важнейшимсвойством среды является ее охлаждающая способность. В настоящее время известно большое количество ЗС, которые поагрегатному состоянию можно разделить на газовые среды,жидкие среды, охлаждающие твердые тела, смешанные среды(взвеси твердых частиц в газе, взвеси твердых частиц в жидкости, жидкостно-газовые смеси).Чаще всего используют жидкие среды.
Их делят на кипящие(с температурой кипения ниже температуры закалки) и некипящие (в которых во время закалки не происходит изменения агрегатного состояния). Некипящие среды – это расплавы солей иметаллов. Среди кипящих ЗС основными являются среды на водной основе и закалочные масла. Минеральные масла являютсянаиболее распространенными ЗС. Они обеспечивают малую скорость охлаждения в интервале температур мартенситного превращения и позволяют при закалке легированных и инструментальных сталей получать оптимальное сочетание твердости и закалочных деформаций. Основными недостатками минеральныхмасел являются их пожароопасность, высокая стоимость и токсичность паров, выделяющихся при погружении нагретых деталей в закалочный бак. Самая простая и дешевая из ЗС, техническая вода, имеет высокую охлаждающую способность и применяется для закалки углеродистых сталей.
ЗС на водной основе – эторастворы солей, щелочей и полимеров. Основной отличительныйпризнак этих сред – возможность в широких пределах регулировать их охлаждающую способность при изменении концентрациирастворенного компонента.При погружении закаливаемой детали в ЗС образуется паровая пленка (рис. 4.1). На этой стадии (стадии пленочного кипения, или паровой рубашки) теплота, излучаемая поверхностьюдетали, так велика, что закалочная жидкость, соприкасающаясяс поверхностью, немедленно испаряется. Когда температура поверхности детали падает, излучение убывает и толщина пленкиуменьшается.
Наконец закалочная жидкость приходит в контактс поверхностью детали и начинает кипеть (наступает стадия пузырькового кипения). Кипение отнимает большое количество теп25лоты от поверхности, поэтому деталь охлаждается быстро. Когдатемпература всей поверхности детали падает ниже точки кипения, охлаждение происходит путем конвекции (стадия конвективного теплоотвода).Рис. 4.1. Стадии охлаждения в кипящих средах:1 – пленочное кипение (паровая рубашка); 2 – пузырьковое кипение;3 – конвективный теплоотводВ настоящее время известно множество полимерных ЗС. Этосреды на основе полиакрилатов (ПК-2, УЗСП-1, AquaquenchACR), целлюлозы (Na-КМЦ), полигликолей (Камгидрол-ЗАК,Breox Quenchant, Osmanil E) и др. В водных растворах полимеров механизм охлаждения зависит от вида основного растворенного компонента.
Например, в ЗС на основе поливиниловогоспирта на поверхности деталей протекает процесс полимеризации. Образовавшийся слой полимерных соединений изолируетдеталь от среды, снижая тем самым интенсивность охлаждения.Чем больше толщина этого слоя, тем значительнее снижениеотвода тепла.Охлаждающие среды на основе полигликолей обладают обратимой растворимостью. Полимеры, обладающие этим свойством, при температурах выше 65...85 °С утрачивают растворимость в воде. В результате при погружении нагретых до температуры закалки деталей в ЗС в пленочном режиме кипения награнице между паром и жидкостью из раствора выделяется полимерный концентрат, который повышает устойчивость паро26вой пленки (рис.
4.2). В режиме пузырькового кипения молекулы полимера, потерявшие растворимость, выделяются на пузырях пара и вместе с ними удаляются из зоны кипения. В растворах с большей концентрацией полимера скорость охлаждения ниже. На стадии конвективного теплоотвода, когдатемпература поверхности близка к температуре кипения воды,полимерный концентрат остается на поверхности детали исущественно замедляет охлаждение.Рис.
4.2. Стадии охлаждения в полимерных ЗСс обратимой растворимостью:1 – пленочное кипение (пленка пара и пленка полимерного концентрата);2 – пузырьковое кипение (пузыри пара покрыты пленкой полимерногоконцентрата); 3 – выделение полимерного концентрата на поверхностидетали; 4 – растворение полимерного концентратаСущественной особенностью водных растворов полимеровявляется изменение их охлаждающей способности при изменении концентрации раствора. В процессе эксплуатации водныхрастворов полимеров необходимо поддерживать заданную рабочую концентрацию, так как происходит, во-первых, выносполимера из бака на закаливаемых деталях, а во-вторых, испарение воды. Поэтому необходимы методы и средства периодического контроля охлаждающей способности ЗС. Поэтому, несмотря на то, что разработка полимерных ЗС ведется уже неодно десятилетие, количество машиностроительных предприятий, на которых эти ЗС применяются в массовом термическомпроизводстве, весьма невелико.27Охлаждающая способность ЗС – это способность отводитьтеплоту от поверхности детали с той или иной интенсивностью.Распределение температуры по сечению детали бесконечнойпротяженности (плоская задача) можно получить, решив дифференциальное уравнение теплопроводностиcρ⎛ ∂2T ∂2T ⎞∂T= λ ⎜ 2 + 2 ⎟ + qv ( x , y ) ,∂t∂y ⎠⎝ ∂xгде c – удельная теплоемкость материала; ρ – плотность; Т –температура; t – время; λ – коэффициент теплопроводности;qv(x, y) – плотность мощности внутреннего источника теплоты;x, y – пространственные координаты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
