Методическая разработка урока по учебной дисциплине "Материаловедение" на тему: "Классификация видов термообработки. Отжиг и нормализация"

Автор: Долгодуш Галина Викторовна

Дата публикации: 12.05.2016

Номер материала: 2231

Прочие методические материалы
Прочее
Без класса

Методическая разработка

урока по учебной дисциплине

«Материаловедение»

На тему: «Классификация видов термообработки. Отжиг и нормализация.»

Преподаватель                                      Долгодуш Галина Викторовна

                                                        


Тема урока    Классификация видов термообработки. Отжиг и нормализация.

Тип занятия: комбинированный урок

Цель урока:

  1. Проверить степень усвоения студентами знаний по теме «Диаграмма состояния Железо- цементит»
  2. Проследить междисциплинарную связь предметов общетехнического и специального циклов.
  3. Оказание студентам помощи в самосознании, анализе и оценке своих возможностей:

а) быть готовым к проявлению ответственности за выполняемую работу, способным самостоятельно и эффективно решать задачи в области профессиональной деятельности;

б) знать назначение термообработки сталей и критерии их выбора;

в) конкретизировать представления об отдельных видах термообработки сталей;

4. Создание атмосферы увлеченности, подготовка студентов к самостоятельной творческой, профессиональной деятельности;

5. Воспитание ответственного отношения к учебе

6. Повышение технических знаний и практических навыков

Межпредметные связи:

Обеспечивающие:  химия

Обеспечиваемые:    детали машин, процессы формообразования и инструменты, технологическое оборудование отрасли, выполнение дипломной работы

Обеспечение занятия:

  1. Карточки индивидуального тестового опроса
  2. Диаграмма состояния Железо- цементит

Литература:

Основные источники:

  1. Вишневецкий Ю.Т. Материаловедение: учебник для технических колледжей / Ю.Т. Вишневецкий.- 4-е изд. – М: Дашков и КО, 2009. – 670с
  2. Материаловедение и технология конструкционных материалов: уч. пособие для вузов / О.С. Комаров, В.Н. Ковалевский, Л.Ф. Керженцева, под общей редакцией О.С. Комарова – 3-е изд., исп. и доп. – Минск: Новое знание, 2009. – 670с.
  3. Адаскин А.М. Материаловедение  и технология материалов: учебное пособие для студентов СПО / А.М. Адаскин, В.М. Зуев – С. Петербург: Лань, 2010. – 336с.

Дополнительные источники:

  1. Материаловедение: Учебник для ВУЗов, обучающих по направлению подготовки и специализации в области техники и технологии / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. – 5-е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – 646с.: ил.

Периодические издания (отечественные журналы):

  1.  «Сталь»
  2. «Металлы»

Интернет-ресурсы:

  1. Техническая литература [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://tehlit.ru/ 
  2. Интернет- ресурс «Материаловедение». http://www.supermetalloved.narod.ru/
  3. Интернет- ресурс «Материаловедение». http://materiology.info/
  4. Интернет- ресурс «Материаловедение». http://materiall.ru/

Ход занятия

  1. Организация урока
  2. Проверка  теоретических знаний (тестовый опрос)
  3. Объяснение нового материала
  4. Оценка результатов теста
  5. Подведение итогов

Самостоятельная  работа по теме: "Диаграмма состояния железо - углерод".

Предмет: "Материаловедение".

Вариант 1:

1. Линия перлитного превращения - это:

    а) PSK                                в) SE

    б) PQ                                г) PG

2. ... - это твердый раствор С в a-Fe.

    а) феррит                                в) цементит

    б) аустенит                                г) графит

3. Точка С - это:

    а) энтропия                                в) эвтектоид

    б) эвтектика                        г) энтальпия

4. Точка А - это:

    а) температура плавления чистого железа                в) линия ликвидус

    б) точка кипения                                                г) температура плавления цементита

5. ... - это химическое соединение "карбид железа".

    а) графит                                в) аустенит

    б) феррит                                г) цементит

   

Вариант 2:

1. Точка С - это:

    а) энтальпия                                в) эвтектика

    б) энтропия                                г) эвтектоид

2. Точка D - это:

    а) температура плавления феррита                        

    б) температура плавления чистого железа

    в) нет верного ответа

    г) температура плавления цементита

3. Ниже какой линии диаграммы все составляющие находятся в твердом состоянии?

    а) нет верного ответа                                в) линия магнитного превращения

    б) линия солидус                                        г) линия ликвидус

4. Линия перлитного превращения - это:

    а) PQ                                        в) PG

    б) SE                                        г) PSK

5. Точка А - это:

    а) точка кипения

    б) температура плавления цементита

    в) линия ликвидус

    г) температура плавления чистого железа

Объяснение нового материала

Термическая обработка сталей. Виды термообработки: отжиг, нормализация, закалка, отпуск

Термической обработкой (термообработкой) называют совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутренней структуры.

Так как основными параметрами термической обработки являются температура и время, то любой процесс термообработки может быть представлен графиком в координатах “температура-время”. Если термическая обработка состоит только из одной операции (нагрев-выдержка-охлаждение), то она называется простой, а если из нескольких операций - сложной.

Графики термической обработки: простой и сложной

Основными видами термической обработки являются:

Отжиг

Нормализация

Отпуск

Закалка

Для получения мелкозернистой структуры, устранения химической и структурной неоднородности, уменьшения внутренних напряжений, понижения твердости стали для облегчения механической обработки производят отжиг и нормализацию.

Существуют различные виды отжига, характеризующиеся режимами нагрева и охлаждения.

1.Полный отжиг определяется нагревом стали на 30-50oC выше линии GOS, выдержкой при этой температуре и последующим медленным охлаждением. Полный отжиг стали применяется для получения однородной мелкозернистой структуры, понижения твердости, повышения пластичности. Этому виду отжига подвергаются стали до механической обработки.

2.Неполный (ускоренный) отжиг состоит из нагрева стали на 30-50oC выше линии PSK, выдержки при этой температуре и последующего медленного охлаждения. Неполный отжиг применяется для снятия внутренних напряжений и улучшения механической обработки.

http://metallegir.ru/images/diagramma.png3.При изотермическом отжиге изделия нагревают на 30-50oC выше линии GSK, выдерживают при этой температуре, а затем быстро переносят их в среду с постоянной температурой несколько ниже линии PSK (точка Аc1 - 630-700oC). При этой постоянной температуре производят выдержку стали до полного распада аустенита, после чего охлаждают на воздухе. После такого отжига стали приобретают такие же механические свойства, как и после полного отжига. Приемуществами изотермического отжига являются полное устранение остаточных напряжений в стали и сокращение времени отжига почти вдвое. Изотермическому отжигу подвергаются легированные стали.

4. После проведения полного или неполного отжига получается цементит в виде пластинок. Для получения цементита в виде зерен производят сфероидизирующий отжиг, который состоит из нагрева стали до температуры несколько выше линии PSK, длительной выдержки (5-6 ч) и последующего медленного охлаждения. Сталь с такой структурой обладает большей пластичностью, меньшей твердостью и прочностью по сравнению со сталью, прошедшей полный отжиг. Сфероидизирующий отжиг применяется у заэвтектоидных сталей для улучшения их обрабатываемости резанием.

http://edu.tltsu.ru/er/er_files/page14426/img/image045.jpg5.Диффузионный отжиг (гомогенизация) состоит из нагрева стали до 1050–1150oC, длительной выдержки (10-15 ч) при этой температуре и последующего охлаждения. В результате диффузионного отжига происходит выравнивание неоднородности стали по химическому составу и уменьшение ликвации. Гомогенизации подвергаются слитки легированных сталей, крупные стальные отливки. При диффузионном отжиге получают крупнозернистую структуру, которая устраняется последующей горячей обработкой давлением или применением полного отжига.

6.Рекристаллизационный (низкий) отжиг состоит из нагрева стали до температуры на 50-100oC ниже линии PSK (но выше температуры рекристаллизации), выдержки при этой температуре и последующего охлаждения на воздухе. Рекристаллизационный отжиг применяют для снятия наклепа и внутренних напряжений в стали после холодной обработки давлением или как промежуточный отжиг для повышения пластичности и предупреждения появления трещин в стали при холодной обработке давлением. В результате такого отжига образуется однородная мелкозернистая структура с небольшой твердостью и значительной вязкостью.

Нормализация состоит из нагрева стали на 30-50oC выше линии GSE, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения на воздухе. Нормализация применяется для исправления структуры перегретой стали и горячедеформированных заготовок, выравнивания структуры сварного шва. При нормализации сталь приобретает более мелкозернистую структуру, чем после отжига. Номализация является более экономичным термическим процессом, чем отжиг.

Выбор варианта термической обработки (отжиг или нормализация) зависит от состава стали и предшествующего технологического процесса. Например, для выравнивания химического состава слитков или крупных отливок назначается диффузионный отжиг. Для снижения твердости стали после горячей обработки (облегчения обработки резанием) выбирают полный или неполный отжиг (в зависимости от состава стали). После холодной обработки давлением для снятия наклепа и внутренних напряжений сталь подвергают рекристаллизационному отжигу.

На результат отжига и нормализации оказывают влияние температура и скорость нагрева, время выдержки и скорость охлаждения.

Температура нагрева выбирается по диаграмме состояния Fe-Fe3C в зависимости от содержания С в стали.

При выборе скорости нагрева небходимо учитывать габариты изделия (разницу температур наружных и внутренних частей изделия), форму изделия (чем сложнее, тем более медленный нагрев), химический состав стали. С увеличением содержания углерода в стали уменьшается ее теплопроводность. При легировании стали теплопроводность также падает. Чем меньше теплопроводность, тем медленнее должен быть нагрев. Продолжительность нагрева сталей при отжиге и нормализации составляет примерно от 30 до 90 мин на каждые 25 мм изделия.

Выдержка после нагрева до заданной температуры должна обеспечить прогрев всего изделия и полное завершение всех процессов, совершающихся при нагреве стали. Время выдержки зависит от толщины изделия, исходной структуры, химического состава стали. Чем массивнее изделие и крупнее зерно исходной структуры, тем длительнее должна быть выдержка. Обычно τ в составляет 20-25% от τ н.

После нагрева и выдержки продолжительность охлаждения должна обеспечивать полный распад твердого раствора. Скорость охлаждения зависит от охлаждающей среды и размеров изделия. Охлаждение должно быть равномерным и медленным до 400-500oC. При этом углеродистые стали охлаждают со скоростью 100-200oC, в 1 ч, а легированные 20-60oC в 1 ч; дальнейшее охлаждение проводится на воздухе.F:\DSC07582.JPGF:\DSC07580.JPGF:\DSC07578.JPGF:\DSC07575.JPGF:\DSC07568.JPGF:\DSC07564.JPGF:\DSC07584.JPG