Студенты получают образцы различных марок углеродистых сталей. Для группы студентов в 2-3 человека преподаватель указывает конкретные марки стали для проведения экспериментов (ВСт3; 10; 45; У8; У12).
Студенты определяют содержание углерода в стали по обозначению марки. Зная содержание углерода, выбирают по диаграмме состояния системы «железо-цементит» оптимальную температуру закалки для данной стали.
Исходя из температуры нагрева и размеров образцов, студентам необходимо выбрать время нагрева образцов в печи.
Время нагрева стали под закалку складывается из времени прогрева образца до заданной температуры и времени выдержки при температуре закалки. Длительность выдержки при температуре закалки определяется временем, необходимым для превращения исходной структуры в аустенит. Общее время нагрева под закалку можно определить по данным табл. 1, в которой приведены нормы нагрева стали при термической обработке в лабораторных электрических печах.
Таблица 1
| Темпера-тура нагрева, °С | Форма детали | ||
| Круг | Квадрат | Пластина | |
| Продолжительность нагрева в минутах | |||
| На 1 мм диаметра На 1 мм толщины | |||
| 2,0 | 3,0 | 4,0 | |
| 1,5 | 2,2 | 3,0 | |
| 1,0 | 1,5 | 2,0 | |
| 0,8 | 1,2 | 1,6 | |
| 0,4 | 0,6 | 0,8 |
Скорость охлаждения, обеспечивающая получение структуры мартенсита, определяется экспериментально. Наиболее распространенными охлаждающими средами в термических цехах являются вода и водные растворы солей и щелочей, минеральные масла, возможно применение в качестве охлаждающей среды воздуха (спокойного или циркулирующего). Охлаждая образцы, нагретые до температур закалки в различных средах, определяют оптимальную среду охлаждения. Образцы, получившие в результате нагрева и охлаждения структуру мартенсита (твердость для стали с данным содержанием углерода соответствует значению на рис. 2), являются закаленными. Образцы же, не получившие максимально возможной твердости для данной стали, закаленными считать нельзя.
Кроме того, в ходе данной лабораторной работы готовятся закаленные образцы для проведения следующей лабораторной работы – «Отпуск закаленной углеродистой стали». Производится закалка 3-4 образцов одной марки стали, которые будут подвергнуты на следующем занятии отпуску при различных температурах.
Все сведения о результатах проведенного эксперимента сводятся в таблицу 2.
Таблица 2
| № п/п | Марка стали | Режим закалки | Твердость, НRС | Структура | ||
| Темпе-ратура нагрева, °С | Время нагрева, мин. | Среда охлаждения, °С/c | ||||
По результатам работы студенты подгруппы строят следующие графики:
а) зависимость твердости стали от скорости охлаждения (принимая скорость охлаждения: в воде – 600 °С/с, в масле – 150 °С/с, на воздухе – 30 °С/с);
б) зависимость твердости закаленной стали от содержания углерода.