Основы производства и обработки металлов : термическая обработка металлов

№945

ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНТСТВОПООБРАЗОВАНИЮ

Êàôåäðà ìåòàëëîâåäåíèÿ öâåòíûõ ìåòàëëîâ

Â.Ê. Ïîðòíîé

Îñíîâû ïðîèçâîäñòâà 
è îáðàáîòêè ìåòàëëîâ

Òåðìè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ìåòàëëîâ

Ëàáîðàòîðíûé ïðàêòèêóì

Ðåêîìåíäîâàíî ðåäàêöèîííî-èçäàòåëüñêèì
ñîâåòîì èíñòèòóòà

Ìîñêâà  Èçäàòåëüñòâî «Ó×ÅÁÀ»
2007

УДК 621.7/.9 
 
П60 

Р е ц е н з е н т  
канд. техн. наук, доц. С.М. Педос 

Портной В.К. 
П60  
Основы производства и обработки металлов: Термическая обработка металлов: Лаб. практикум. – М.: МИСиС, 2007. – 58 с. 

В лабораторном практикуме представлены лабораторные работы по разделу «Термическая обработка металлов», которые знакомят студентов с основами гомогенизации слитков, с вопросами разупрочняющего отжига деформированных сплавов, демонстрируют различие структуры и свойств стали после 
разных видов фазовой перекристаллизации, закалки и отпуска и показывают 
возможности упрочняющей термической обработки цветных сплавов. 
Содержание практикума соответствует программе курса «Основы производства и обработки металлов». 
Предназначен 
для 
студентов, 
обучающихся 
по 
специальностям 
150102 «Металлургия цветных металлов» и 150108 «Порошковая металлургия и напыленные покрытия». 
 

© Московский государственный институт

стали и сплавов (технологический  
университет) (МИСиС), 2007 

СОДЕРЖАНИЕ 

Указания по технике безопасности.........................................................4 

Лабораторная работа 1. Гомогенизационный отжиг .........................5 

Лабораторная работа 2. Дорекристаллизационный и 
рекристаллизационный отжиг цветных сплавов............................17 

Лабораторная работа 3. Отжиг, нормализация, закалка и отпуск 
сталей..................................................................................................32 

Лабораторная работа 4. Закалка и старение цветных сплавов........50 

 

 

  

УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ 

1. При полировке шлифа, во избежание травм от быстро летящего 
шлифа, случайно выпущенного из руки, должны соблюдаться следующие условия: 
– полировальное сукно должно быть хорошо натянуто;  
– у шлифа не должно быть острых краев и углов, чтобы шлиф не 
зацепил полировальное сукно и не порвал его, что обычно приводит 
к вылету шлифа; 
– рука со шлифом должна располагаться в направлении вращения 
круга; 
– при вращении круга по часовой стрелке шлиф разрешается полировать только в левой части круга, чтобы в случае выброса шлиф 
ударялся в стенку. 
2. При работе с электрическими печами сопротивления необходимо помнить, что они могут явиться источниками поражения электрическим током и термических ожогов. 
Запрещается начинать работу с печами без разрешения преподавателя или учебного лаборанта. 
Во избежание поражения электрическим током загрузку образцов 
в печь и их выгрузку проводить только при выключенном электропитании печи.  
Во избежание термических ожогов запрещается прикасаться к 
корпусу печей и работать без рукавиц и специальных клещей. 
3. При работе с твердомером Бринелля шариковый индентор нельзя располагать у края образца во избежание вылета образца при нагружении. 
4. Испытания образцов на разрыв или изгиб допускается проводить только под непосредственным руководством учебного лаборанта и с его участием. 

Лабораторная работа 1 

ГОМОГЕНИЗАЦИОННЫЙ ОТЖИГ 
(2 + 2 = 4 часа) 

Цель работы – получить навыки анализа изменений микроструктуры и механических свойств при гомогенизации литых сплавов. 

1.1. Теоретическое введение 

1.1.1. Неравновесная кристаллизация 

Гомогенизационный отжиг предназначен для устранения химической (концентрационной) микронеоднородности сплавов, возникающей вследствие неравновесной кристаллизации расплава. Такую 
микронеоднородность часто называют дендритной ликвацией. Во 
многих промышленных цветных сплавах при первичной кристаллизации образуется твердый раствор – основная структурная составляющая сплава. Поэтому рассмотрим процесс кристаллизации такого 
твердого раствора на примере диаграммы состояния с неограниченной растворимостью в жидком и твердом состоянии (рис. 1.1). 

 

Рис. 1.1. Изменение среднего состава твердого раствора  
при неравновесной кристаллизации (кривая cs) 

В сплаве X после некоторого переохлаждения из расплава состава 
точки d образуются кристаллы твердого раствора состава точки c. 

Эти кристаллы растут далее при охлаждении сплава в интервале кристаллизации, при этом состав жидкости меняется по линии ликвидус 
(точки dhkq), а кристаллы, выделяющиеся из этой жидкости, меняют 
свой состав по линии солидус (точки cgio). Это означает, что состав 
последовательно образующихся кристаллов при любой температуре 
определяется соответствующей точкой на кривой равновесного солидуса, например точкой c при температуре t1 и точкой g при температуре t2 .Следовательно, с понижением температуры из жидкости 
выделяются кристаллы, все более богатые компонентом, понижающим точку ликвидуса, в данном случае металлом B.  
В равновесных условиях при любой температуре в интервале кристаллизации точкой солидуса определяется химический состав всего 
объема твердого раствора, т.е. не только тех кристаллов, которые 
выделились ранее, при более высоких температурах, но и тех, которые образовались при данной температуре. Например, при температуре t2 кристаллы твердого раствора должны иметь состав точки g по 
всему объему. То же самое относится и к составу жидкости (точка h) 
при температуре t2. Этот состав относится ко всему объему жидкости, существующей при этой температуре. Такой ход равновесной 
кристаллизации возможен, если полностью успевают пройти следующие четыре процесса:  
1) выделение из жидкости кристаллов состава, соответствующего 
солидусу для каждой температуры, это требует так называемой разделительной диффузии; 
2) диффузионное выравнивание состава жидкой фазы по всему ее 
объему в соответствии с составом точки ликвидуса для каждой температуры; 
3) диффузионное выравнивание состава твердой фазы по всему ее 
объему в соответствии с составом точки солидуса для каждой температуры; 
4) диффузионный обмен между жидкой и твердой фазами для 
приведения их составов в равновесие. 
Обеспечение равновесной кристаллизации с полным протеканием 
перечисленных диффузионных процессов требует очень малых скоростей охлаждения, которые практически не применимы в производстве. Кроме того, рассматривая некоторое приближение к реальному 
процессу кристаллизации в производственных условиях, необходимо 
учитывать, что металлические кристаллы растут в форме дендритов. 
Эти древовидные образования из-за влияния примесей, условий теплоотвода в жидкости и распределения температур на фронте кри