Лабораторный практикум по материаловедению

1–19 мягкий

20–29 с наклепом

30–39 с наклепом («твердый» и более)

40–49 с диффузионным отжигом (без последующей механической обработки)

50–59 с диффузионным отжигом (последующая обработка в холодном состоянии)

60–69 с дисперсионным твердением в горячем состоянии (без механической дообработки)

70–79 с дисперсионным твердением в горячем состоянии (последующая обработка в холодном состоянии)

80–0,9 свободно от напряжений (без предварительного наклепа)

90–99 специальная обработка

Нормы испытаний. С помощью норм испытаний устанавливаются условия испытания для обеспечения воспроизводимых и сравниваемых результатов. Необходимо соглашение о нормах испытаний, так как, например, прочность металлических деталей в значительной степени зависит от состояния материала (загрузка материала, положение в детали, положение для испытания, концентрация напряжений в надрезе, форма образца, состояние термообработки и т. д.), а также от внешних нагрузок (скорость нагружения, температура нагружения, окружающая среда, напряженное состояние и т. д.). Нормы испытаний охватывают при этом не только определение механических показателей, но простираются на все воспроизводимые применяемые способы испытаний, например коррозионные.

Построение норм испытаний. Построение норм испытаний иллюстрируется, как правило, на следующем примере.

Цель. Устанавливается цель нормированного опыта. При этом имеют место ссылки на уже установленные нормы (стандарты), а также параметры, которые могут оказать влияние на опыт (например, влияние толщины стенки у отливок).

Область применения (продолжительность). Здесь устанавливается область применения, а также продолжительность действия приведенной нормы испытания. При отклоняющейся форме пробы и условий испытаний и т. д. дается указание на надлежащий стандарт.

Понятия и знаки. Объясняются понятия и сокращения, требующиеся в рамках проводимого опыта. У механических характеристик приводится их размерность, а также выражения в виде формулы.

Форма и изготовление пробы. Изготовление пробы может установить уже выплавка основного материала (расплавление под вакуумом – расплавление на воздухе). Таким образом задается его металлургическая степень чистоты. Способом обработки (например, шлифование вдоль или перпендикулярно направлению прокатки) одновременно задается также качество поверхности (глубина шероховатости). Если пробы должны подвергаться термомеханической обработке, то предписываются параметры обработки (например, температура науглероживания и закалки, закалочная среда, отпуск, глубина цементации, содержание углерода в поверхностном слое, цементация и т. д.). Форма и величина пробы приводятся в соответствие с допусками и способом отбора проб.

Прибор (машина) для испытаний. Здесь описываются построение опыта, а при механических способах испытания допустимые конструкции и исполнение необходимой испытательной машины. Если нужно, то описывается крепление образца, принцип нагружения, создание и измерение нагрузки.

Проведение опыта. В проведении опыта описываются все граничные параметры, необходимые для соответствующего испытания, например температура испытания, сила испытания, длительность опыта, вид нагрузки, скорость деформации или нагрузки. Приводится определение измеряемых величин, а также проведение измерений, если необходимы исследования в специальной среде (например, коррозионные исследования).

Оценка результатов опыта. В обобщении устанавливается единый вид документации (например, диаграммы).

Акт испытания. Акт испытания содержит при указании на соответствующую норму состав всех результатов испытания. Наряду с результатами указываются все параметры испытания, необходимые для испытания и указанные выше. Применяемые в исключениях и отклоняющиеся от этой нормы условия испытания четко указываются в акте испытания.

Нормы понятий. Необходимость документировать результаты для того, чтобы обобщать систематически опыт различных центров исследования и сделать его доступным, заставляет прибегнуть к унифицированию. Это приводит к требованию соглашений о понятиях и содержании понятий. На основании множества существующих норм понятий следует ссылаться на DIN 50900, а также на VDI – директиву 3822. В DIN 50900 (части 1–3) изложены понятия коррозии металлов. Часть 1 отведена общим понятиям коррозии. Часть 2 объясняет электрохимические понятия коррозии, а часть 3 – понятия по исследованию коррозии. Директива VDI3822 определяет понятия и объясняет определения по анализу разрушений.

Технологические свойства металлов

Литейные свойства. Принята оценка характеристик литейных свойств в виде относительных величин коэффициентов, равных отношению показателей для изучаемого и эталонного материала, определенных по единым методикам. В качестве эталона взята сталь марки ЗОЛ. Для оценки технологичности приняты следующие показатели:

К

– показатель жидкотекучести (равен отношению значений жидкотекучести данного материала и эталона);

К

– показатель трещиноустойчивости (равен отношению трещиноустойчивости данного материала и эталона);

К

– показатель склонности к образованию усадочных раковин (равен отношению объемов усадочной раковины в отливке из данного материала и эталона).

Жидкотекучесть определена по спиралевидной пробе. Длина залитой спирали в сантиметрах выражает жидкотекучесть материала.

Линейная усадка определена на приборе конструкции Большакова.

Склонность стали к образованию усадочных раковин и пор определена на цилиндрическом образце, переходящем в верхней части в усеченный конус.

Усадочная пористость определена по объему пористой зоны.

Трещиноустойчивость определена на приборе конструкции ЦНИИТМАШ. Прибор показывает стойкость стали против появления горячих трещин, которые образуются вследствие заторможенной усадки образцов.

Литейные свойства определены при температуре на 50–70 °С выше начала затвердевания стали.

Ковочные свойства. Для характеристики ковочных свойств приводятся механические свойства в зависимости от температуры испытания в интервале ковочных температур и критерий ковкости. Помимо ковочных свойств приводятся температурные параметры ковки и условия охлаждения преимущественно крупных поковок, откованных как из слитков, так и из заготовок.

Критерий ковкости, являющийся комплексным показателем, характеризует способность металла к ковке

При K? < 0,01 сталь (сплав) не куется, при 0,01 < K? < 0,3 – ковкость низкая, при 0,3 < K? < 0,8 – ковкость удовлетворительная, при 0,8 < K? < < 2 – ковкость хорошая, при K? > 2 – ковкость отличная.

Приведенная максимальная температура нагрева металла перед ковкой является максимально допустимой температурой нагрева металла в печи, причем для сталей марок 20Х1М1Ф1ТР (ЭП 182), 25Х1МФ (ЭИ 10), 20Х1М1Ф1БР (ЭП 44), 15Х5М (Х5М), 15X11МФ (14Х1ГМФ, ЦТ 1), 0ХН70ВМТЮ (ЭИ 617), 40Х9С2 (ЭСХ 8), 08X13 (ЭИ 496), 20ХГНР, 40X13 (4X13), 08Х18НЮТ (ЭИ 914) указана температура сварочной зоны, а для сталей марок 36Х18Н25С2 (ЭЯ ЗС) и 08Х16Н9М2 (Х16Н9М2) – температура томильной зоны печи.

Приведенные температурные интервалы ковки являются наиболее широкими, а режимы охлаждения – ускоренными, которые достигнуты отдельными передовыми заводами.

Использование на других заводах рекомендуемых параметров, а также назначение рациональной температуры нагрева металла и условий охлаждения поковок возможно только после предварительного опробования и соответствующей корректировки с учетом местных условий, металлургической технологии, объема ковочных работ, размера поковок, величины усадки, состояния печного оборудования и др. Рекомендуемые условия охлаждения металла после ковки в ряде случаев не заменяют режимов предварительной термической обработки поковок.

Указанные рекомендации составлены на основании действующих заводских технологических инструкций и нормалей, а механические свойства при ковочных температурах – по данным литературных источников и результатов исследований, проведенных в различных организациях.

Механическая обработка. Обрабатываемость сталей и сплавов резанием рассматривалась с точки зрения влияния свойств этих материалов на способность изнашивать режущий инструмент.

Обрабатываемость резанием сталей и сплавов определена для условий получистового точения без охлаждения по чистому металлу резцами, оснащенными твердыми сплавами Т5К10, ВК8 (для аустенитных сталей сплавов на никелевой основе), резцами из быстрорежущей стали марок Р18 (63–65 HRC) и равной ей по свойствам мало вольфрамовой стали Р6М5Ф2 (64–66 HRC) при постоянных значениях глубины резания 1,5 мм, подачи на оборот 0,2 мм и главного угла в плане 60°.

Обрабатываемость сталей и сплавов резанием оценена по скорости резания, соответствующей 60-минутной стойкости резцов, выражена коэффициентом K

для условий точения твердосплавным инструментом и инструментами из быстрорежущей стали по отношению к эталонной стали. В качестве эталонной стали принята углеродистая сталь 45 (179 НВ и ст

= 650 Н/мм

), скорость резания которой взята за единицу. Коэффициент твердосплавными резцами, где v

– скорость резания, соответствующая 60-минутной стойкости резцов при точении данного материала, м/мин; 145 – значение скорости резания при 60-минутной стойкости твердосплавных резцов при точении эталонной стали марки 45.

Коэффициент обрабатываемости K

для условий точения резцами из быстрорежущей стали: где 70 – значение скорости резания при 60- минутной стойкости быстрорежущих резцов при точении эталонной стали марки 45. Для принятых условий резания абсолютное значение скорости резания V данной стали (сплава) определяется умножением ее коэффициента K