«Влияние термической обработки на микроструктуру сплавов»

Сафоновский филиал областного государственного бюджетного

профессионального образовательного учреждения

«Смоленская академия профессионального образования»

(Сафоновский филиал ОГБПОУ СмолАПО)

Название конкурса: XXIII областная научно-практическая конференция студентов и обучающихся «Шаг в науку»

Наименование секции: «Техническое направление»

Тема: «Влияние термической обработки на микроструктуру сплавов»

Выполнил:

Михайлов Владислав Сергеевич

студент 3 курса Сафоновского филиала

ОГБПОУ СмолАПО

специальности 15.02.08

Руководитель:

Дёмкина Елена Анатольевна

преподаватель профессионального цикла

2023г.

Оглавление

Введение

Без знания химического состава и микроструктуры веществ невозможно современное развитие техники и науки. Металлы и сплавы являются основными и важными объектами деятельности человека. Без механизмов, машин и приборов, которые в основном изготовляются из цветных и черных металлов и сплавов, невозможно не только развитие, но и существование общества.

Для ведения и разработки технологических процессов в таких отраслях промышленности как: машиностроение, приборостроение, авиастроение и т.д. необходимо обязательно знать микроструктуру состава сырья, готовых деталей и изделий.

К деталям машиностроения, оборудованию машиностроительного производства, различной современной техники, металлорежущим станкам, приборам и гибким производственным линиям, которые имеют высокие эксплуатационные характеристики, должны предъявляться самые современные эксплуатационные требования по их химическому и технологическому составам.

На производстве, для предотвращения убытков при получении и покупке некачественных металлов или сплавов широко применяют современный микроскопический анализ. Химик-аналитик, для того чтобы определить нарушения в технологии выплавки самого сплава в процессе своей работы, применяет именно микроскопический анализ для получения исходной информации. Для исключения ошибок поставки некачественного металла на машиностроительных предприятиях имеются базы для сортировки металла. Это позволяет исключить конфликтные ситуации с заказчиком, иметь хорошую репутацию на рынке производства и сбыта металлов, сократить расходы на транспортировку.

Чтобы улучшить свойства и структуру сталей, необходимо уделять большое внимание процессу кристаллизации, определению режимов высокотемпературной обработки металла, полученного литьём, штамповкой и т.д.

Термическую обработку проводят как в процессе обработки заготовок, так и как на окончательном этапе обработки деталей машин и изделий. В определённых случаях термообработка служит для того, чтобы улучшить обработку сплавов давлением, резанием, а может быть и окончательной операцией, чтобы обеспечить необходимый комплекс показателей механических, физических и эксплуатационных свойств изделий или полуфабрикатов. Термической обработке подвергают и полуфабрикаты для изменения структуры, улучшению механических свойств сплавов, а детали – для уменьшения твёрдости и повышения пластичности.

При применении термической обработки на производственных предприятиях у сплавов могут быть изменены свойства в широких пределах. Возможность значительного повышения требуемых свойств после термообработки по сравнению с исходным состоянием позволяет увеличить допускаемые напряжения, уменьшить размеры и массу машин и механизмов, повысить надежность и срок службы изделий. Улучшение свойств в результате термообработки позволяет применять сплавы более простых составов, а поэтому более дешевые. Сплавы приобретают также некоторые новые свойства, в связи с чем расширяется область их применения.

Испытания проводились в лаборатории «Материаловедения» на базе Сафоновского филиала Смоленской академии промышленного образования и на базе учебно-научного производственного комплекса ООО «Инжиниринговый центр «Русэлпром» (Сафоновский электромашиностроительный завод).

Материальная база лаборатории и УНПК является инструментом обучающей среды, которая позволяет формировать компетенции специалиста в области строения и определения технологических, эксплуатационных свойств различных материалов.

Цель исследования состояла в том, чтобы определить связь термической обработки с микроструктурой сплавов.

Для достижения поставленной цели стояли следующие задачи:

Сафоновский электромашиностроительный завод изготавливает режущий инструмент и закупает заготовки для его изготовления. К ним относятся заготовки из быстрорежущих сталей Р6М5 и Р9М4К8.

1. Необходимо изучить химический состав и микроструктуры этих сталей.

2. Определить какая из этих сталей больше подходит для изготовления режущего инструмента.

3. При необходимости улучшения свойств, провести термическую обработку.

Предмет исследования.

Микроструктура быстрорежущих сталей двух марок Р6М5 и Р9М4К8.

Объект исследования.

Термическая обработка, как фактор повышения механических свойств и изменения микроструктуры.

Научная новизна.

Применение металлографического микроскопа Альмами МЕТ 1С, который предназначен для визуального наблюдения структуры сплавов, оснащённый программным обеспечением Altami Studio позволяет получить отчет в наиболее удобном для нас формате измерения. Измерения отображаются в виде таблицы.

Основная часть

Одним из этапов моей работы было изучение новейшего оборудования и программного обеспечения. Для изучения микрошлифов сплавов использовался металлографический микроскоп Альтами МЕТ 1С с цифровой камерой – оптический прибор узкой специализации, предназначенный для визуального исследования полупрозрачных и непрозрачных объектов. Металлографический микроскоп Альтами МЕТ 1С, помимо исследований структуры материала, дает возможность выводить полученные с микроскопа данные на монитор и сохранять их на винчестере.

Была изучена Программа Altami Studio, разработанная для исследования, проведения измерений и обработки изображений. Задача программы — помочь пользователю проанализировать изображение, полученное с оборудования, сделать выводы, подготовить и сохранить результаты исследования.

Область применения металлографического микроскопа Альтами достаточно широка: минералогия, археология, геология, металлургия, микроэлектроника и т.п. Под исследованием объектов металлической природы обычно подразумевается исследование «шлифов» - металлических пластинок, тщательно отшлифованных и отполированных.

Рис. 1 Работа на микроскопе Альтами МЕТ 1С

Принцип действия микроскопа Альтами, базируется на том, что свет, падающий на исследуемый объект, отражается от него, позволяют проводить анализ структурных составляющих (неметаллических фаз и включений в металлических образцах), зерен металла (их расположение и размер); контроль микроструктуры поверхности (плоскостность и шероховатость). Кроме того, применение металлографического микроскопа Альтами позволяет выявлять дефекты поверхности – раковины, трещины, сколы и дефекты кристаллического строения.

Первой задачей исследовательской работы было:

Установить различие в свойствах сталей Р6М5 и Р9М4К8 и определить их назначение.

В таблице приведена сравнительная характеристика быстрорежущих сталей

Таблица 1  Сравнительная характеристика сталей 

Было установлено, что быстрорежущая сталь Р6М5 по химическому составу, механическим свойствам и области применения больше подходит для изготовления режущего инструмента, чем Р9М4К8.

Следующий этап изучение микроструктуры быстрорежущей стали Р6М5 на металлографическом микроскопе Альтами МЕТ 1С с цифровой камерой в литом состоянии.

Рис 2. Изучение микроструктуры быстрорежущей стали Р6М5

1 2 3 4

Рис. 3 Быстрорежущая сталь Р6М5. Микроструктура

1. Заэвтектоидная зона 1 - 0,8 % С

2. Эвтектоидная зона 0,8 % С

3. Доэвтектоидная зона 0,8 – 0,15% С

4. Сердцевина 0,15 % С

Для обеспечения хороших режущих свойств стали Р6М5 была проведена термическая обработка в цехе термообработки на ООО «СЭЗ»

Рис. 4 Термическая обработка заготовок

На первом этапе термообработки был произведён карбидный отпуск для улучшения пластической деформации, уменьшения растрескивания. Сталь нагрели до 730-760С , выдержали в течении 1-1,5 часов, охладили в масле.

Рис. 5 Микроструктура. Карбидный отпуск.

В качестве окончательной термической обработки произведена закалка с последующим трёхкратным отпуском. Отпуск производится при температуре 550⁰С, с выдержкой в течении 1 часа и охлаждением на воздухе до 20⁰С. 

Рис 6. Закалка и многократный низкий отпуск

Рис. 7 Исследования после проведения термической обработки

Твёрдость быстрорежущей стали марки Р6М5 после термической обработки составляет 64 HRC

Сталь Р6М5 после проведения термической обработки приобрела механические свойства пригодные для изготовления режущего инструмента, который используется для обработки деталей электродвигателей на ООО «Инжиниринговый центр «Русэлпром».

Заключение

Микроструктура быстрорежущий стали Р6М5 определялась при помощи Программы Altami Studio. Улучшение свойств стали проводилось термической обработкой.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что термическая обработка способна повысить механические свойства сплава. Это связано со значительным влиянием термической обработки на микроструктуру сплава. Известно, что междендритные области являются основными местами зарождения и распространения трещин вследствие воздействия растягивающих напряжений. Термическая обработка способствует выравниванию грубой дендритной структуры и снижению ликвационной неоднородности, а следовательно, повышению сопротивлению ползучести и увеличению времени до разрушения.

Из этого следует, что данный режим термообработки позволяет получить более термостабильную (устойчивую) структуру сплава, работоспособного в более широком диапазоне температур.

Список использованных источников

1. Агеева Г.Н., Журавлева Н.С., Корольков Г.А. Металловедение и термическая обработка. – М.: МИСиС, 1984. – 136 с.

2. Кузьмин Б.А. и др. Технология металлов и конструкционные материалы. М.: Машиностроение, 1984год.

3. Козловский И.С., Маневский С.Е., Казачков В.А. Влияние условий закалки на структуру слоя и противозадирную стойкость цементованной стали // Металловедение и термическая обработка металлов. – 1980, №6. – С.7-10

4. Лахтин Ю.М. Основы материаловедения. «Металлургия», 1988год

5. Моряков О.С. Материаловедение. М.: «Академия», 2008-240с.

6. Марочник сталей (под редакцией Зубченко А.В.) М.: Машиностроение, 2005год.

7. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. М.: Машиностроение, 1980 год.

8. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. Учебник. Изд. 3-е, испр. и доп. - М.: Металлургия, 1978. 392 с.

9. Солнцев Ю.П. Материаловедение: Учеб,-2е изд, Издат. Центр «Академия», 2014 -498с.

10. Самохоцкий А.И., Кунявский М.И. Лабораторные работы по материаловедению и термической обработке металлов. М.: Машиностроение, 1981год.

11. Справочник металлиста (под редакцией Рахштадта А.Г.), Т.2

12. Желиховская Э.Н., Захаров А.С., Грачев С.В. Отжиг сталей с целью оптимизации и распределения размеров и формы карбидной фазы в цементованном слое // Металловедение и темическая обработка металлов. – 1986, №6. – С.24-26.

13. Черпаков Б.И., Верина Л.И. Технологическое оборудование машиностроительного производства. 2-ое издание. М.: Академия. 2006. 416с.

9