Исследование, анализ и выбор оптимального режима химико-термической обработки образцов из стали 20 (Материалы и методы научно-исследовательской работы)

2.1 Материал исследования и его обработка

Материалом исследования являлась сталь 20. Химический состав приведён в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Химический состав стали 20

2.2 Методы Исследования

2.2.1 Металлографический анализ

Микроструктуру стали 20 изучали в литом состоянии и после термической обработки. Для изучения структуры готовился шлиф.

Металлографический анализ     проводили с помощью многофункционального оптического микроскопа «OPTON» с выходом (с помощью видеокамеры «SIMENS») на ПК «ATLON XP 2000+». Просмотр микроструктуры проводился как на микроскопе, так и на мониторе при увеличении х80, х300, х750. Фотографирование микроструктуры в операционной оболочке «WINDOWS XP» проводили с помощью программы «TVTap». В отдельных случаях изучение микроструктуры и съемка ее на негативную пленку проводились на оптическом металлографическом микроскопе МБИ-6 при увеличении x110 и х260.

Процесс изготовление металлографических шлифов проводилось по стандартной методике (ГОСТ 6456-75), включающей операции вырезки, подготовки поверхности, шлифования, полирования и травления поверхности образцов. Микроструктура выявлялась травлением в течение 5 секунд в реактиве Ржешотарского - 4% - ном растворе азотной кислоты в этиловом спирте.

Сначала образцы обрабатывались на абразивном круге наждачного станка СШПМ-2 с целью получения плоской поверхности. Затем производится шлифование поверхности на шлифовальном станке «NERIS». Образцы шлифуются сначала на грубой абразивной шкурке (ГОСТ 6456-75), затем на более мелкой. Шлифование заключается в срезании неровной поверхности абразивными частицами. Во время шлифования на каждой шкурке следует сохранять одно и то же положение образца, чтобы все риски на его поверхности были параллельны. При переходе к шкурке следующего номера направление шлифования меняют на 90° и проводят его до полного удаления всех рисок, образовавшихся во время предыдущей обработки.

При обработке образцов, следует не допускать их чрезмерного нагрева, так как возможно изменение их микроструктуры в результате сильного нагрева (до 800°С) обрабатываемой поверхности. При необходимости рекомендуется регулярно охлаждать в воде.

Далее поверхность образцов полируется на алмазной пасте (ГОСТ -9206-70), наносимой на бумагу. Полирование служит для удаления мелких рисок, оставшихся после шлифования, и получения гладкой зеркальной поверхности. Окончательное тонкое полирование механическим способом проводили на круге, обтянутым сукном и непрерывно смачивающимся водной суспензией. В качестве абразива для такой суспензии применяли оксид хрома. Полирование заканчивается после того, как микрошлиф приобретает зеркальную поверхность.

Правильным критерием высокого качества поверхности микрошлифа является отсутствие на ней дефектов в виде рисок и царапин. Для выявления микроструктуры металла микрошлиф подвергается травлению.

2.3 Методики определения механических и физических свойств

При выполнении работы проводились измерения твердости и плотности.

2.3.1 Прибор для измерения твердости ТКС-1М

Прибор ТКС-1М настольного типа предназначается для измерения твердости металлов и сплавов по методу вдавливания алмазного конуса или стального закаленного шарика под действием заданной нагрузки в течение определенного времени. Прибор по основным параметрам и нормам точности соответствует ГОСТу 12165-66.

В конструкцию прибора входят следующие основные механизмы, смонтированные в чугунном литом корпусе 1 закрытого типа (рисунок 2.1):

1.  Рычажный блок 19 для создания испытательной нагрузки и измерения глубины отпечатка с помощью индикатора 25, цена деления которого с учетом передаточного числа механизма ходоувеличителя 0,001 мм.

2.  Привод 3 прибора с электродвигателем переменного однофазного тока на 220В.

3.          Шток   31,   посредством   которого   прикладывается   и   снимается испытательная нагрузка.

4.       Механизм подъема 2 со сменными столами для установки испытуемого изделия.

Прибор предназначен для испытания изделий высотой не более 200 мм и шириной не более 260 мм.

На испытуемой и опорной поверхностях не должно быть трещин, грубых следов обработки, царапин, выбоин, а также грязи, смазки или каких-либо покрытий.

Следует избегать нагрева испытываемых изделий при механической обработке, так как это ведет к изменению поверхностной твердости материала.

Опорная поверхность изделия должна плотно прилегать к столу. Изделие не должно качаться, сдвигаться или деформироваться (прогибаться, пружинить).