Лабораторная работа № 4

Релаксация остаточных напряжений при термической обработке (отпуске) сварных соединений.

Цель работы

Ознакомиться с методикой определения релаксации остаточных напряжений при отпуске сварных соединений.

Задание

1. Провести испытание на релаксации остаточных напряжений при отпуске сварных соединений.

2. Изучить:

а) схему испытания (с зарисовкой);

б) устройство оборудования;

3. Результаты испытания оформить в виде таблицы результатов.

4. Написать отчет по работе.

Теоретическая часть

Отпуск стали заключается в нагреве закаленной стали до темпера­туры ниже линии GSE;, выдержке при заданной температуре и последу­ющем охлаждении с определенной скоростью. Отпуск является окончательной операцией термической обработки, в результате 'которого сталь получает требуемые механические свойства. Кро­ме того, отпуск полностью или частично устраняет внутренние напряжения, возникающие при закалке. Эти напряжения снима­ются тем полнее, чем выше температура отпуска. Так, например, осевые напряжения в цилиндрическом образце из стали, содер­жащей 0,3% С, в результате отпуска при 550°С уменьшаются с 60 до 8 кгс/мм². Также сильно уменьшаются тангенциальные и радиальные напряжения.

Наиболее интенсивно напряжения снижаются в результате выдержки при 550°С в течение 15—<30 мин. После выдержки в течение 1,5 ч напряжения снижаются до минимальной величины, которая может быть достигнута отпуском при данной темпера­туре.

Скорость охлаждения после отпуска также оказывает боль­шое влияние на величину остаточных напряжений. Чем медлен­нее охлаждение, тем меньше остаточные напряжения. Быстрое охлаждение в воде от 600°С создает новые тепловые напряже­ния. Охлаждение после отпуска на воздухе дает напряжения на поверхности в 7 раз меньше, а охлаждение в масле в 2,5 раза меньше по сравнению с напряжениями при охлаждении в воде. По этой причине изделия сложной формы во избежание их ко­робления после отпуска при высоких температурах следует ох­лаждать медленно, а изделия из легированных сталей, склонных к обратимой отпускной хрупкости, после отпуска при 500— 650°С во всех случаях следует охлаждать быстро.

Основное влияние на свойства стали оказывает температура отпуска. Различают три его вида: низкотемпературный (низкий) с нагревом до 250°С, среднетемпературный (средний) с нагревом в интервале 350-500°С и высокотемпературный (высокий) с нагревом при 500-600°С.

Отпуск при 550—600°С в течение 1—2 ч почти полностью снимает остаточные напряжения, возникшие при закалке. Чаще длительность высокого отпуска составляет 1,0—6ч в зависимос­ти от габаритных размеров изделия. Иногда длительность вы­сокого отпуска увеличивают до нескольких десятков часов, что­бы снизить опасность возникновения флокенов.

Испытательное и измерительное оборудование для экспериментального исследования.

Стальной образец испытывают путем деформирования по схе­ме чистого изгиба в устройстве, представляющем собой плоскую П-образную раму, ригелем которой служил образец, приваренный к торцам стоек (тяг) (рис.1). Жесткости образца и стоек относят­ся, как 1:25, что обеспечивает постоянство заданной деформации при высокотемпературной выдержке. Поэтому участки сто­ек, размещаемые в нагревательной печи, имеют наибольшее сече­ние (60 х 30 мм).

Для фиксирования заданных перемещений Y свободных кон­цов стоек в процессе испытания, а также для перегрузки образца в устройстве предусмотрен винтовой фиксатор. Для предотвра­щения заклинивания один конец фиксатора, выполнен в виде вилки, закрепленной на стойке (тяге) с помощью штифта по схеме шарнира. Другой конец фиксатора перемещается по внутренней поверхности направляющей втулки, приваренной к правой стойке (тяге). Измерение перемещений Y производится индикатором, марки ИЧ 10 с ценой деления 0,01 мм.

Собранное устройство размещается в печи таким образом, чтобы испытуемый образец и примерно 1/3 по высоте стоек располагались в муфеле печи. Для определения изгибающей нагрузки Р использовали консоль­ный упругий элемент, изготовленный в виде балки равного со­противления изгибу из стали 40Х. После прогрева образца до температуры испытания (отпуска) за счет перемещения свободных концов стоек производится изгиб образца на заданную величину деформации с одновременным фиксированием начального усилия. Контроль температуры осуществляется с помощью термопары градуировки Х-А, зачеканенной на образце в комплекте с самописцем типа КСП-4. В процессе высокотемпературной временной выдержки периодически подключается упругий элемент для измерения остаточного усилия.

Нагрузку Р определяли по про­гибу консоли упругого элемента, измеряемого с помощью ин­дикатора часового типа, марки ИЧ 10, с ценой деления 0,01 мм, используя тарировочные зависимости P=F(f) . Тарировку упругого элемента, закрепленного на приспособлении, производили с помощью образцо­вого динамометра сжатия типа ДОСМЗ-0,2. Температура упругого элемента в месте закрепления не превышала 323...333 К (при температуре в печи Т=863...938 К); в средней части и в участке крепления индикатора была нормальная температура. Это не мог­ло оказать влияния на упругие свойства упругого элемента.

Нагрев и испытание образцов производили в лабораторных камерных электропечах типа СНОЛ- 1,6. 2,5 . 1/9-ИЗ, обеспечиваю­щих поддержание заданной температуры в установившемся тепловом режиме с точностью ±5 К.

Рисунок 1. Схема устройства для испытаний образцов.

Содержание отчета.

1. Тема лабораторной работы.

2. Цель занятия.

3. Оборудование (рисунок схемы испытания)

4. Таблица результатов испытаний.

5. График зависимости уменьшения прогиба от времени релаксации.

6. Выводы.

Таблица результатов испытаний.

Время релаксациимин	1	2	3	5	10	15	20	25	30	35	40	50	60	2ч	3ч	4ч
Прогиб, мм

Литература.

1. Архипов В.В., Касенков М.А., Ларин М.Н. и др.

Технология металлов: Учебник – М.: «Высшая школа», 1964. – 564 с., ил.

2. Лахтин Ю.М.

Металловедение и термическая обработка металлов: Учебник. – М.: «Металлургия», 1977. – 408 с., ил.

3. Самохоцкий А. И., Кунявский М. Н.

Лабораторные работы по металловедению и термической обработке металлов. Учеб. пособие для машиностроительных техникумов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1981. — 174 с., ил.

4. Строительные материалы. Учебно-справочное пособие / Под ред. Г. А. Айрапетова, Г. В. Несветаева. — Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2004. — 608 с. (Серия «Строительство».)

5. Микульский В.Г.

Строительные материалы (материаловедение и технология): Учеб­ное пособие. - М.: ИАСВ, 2002. - 536 с.