 |
Тема1.3 Термическая обработка металлов и сплавов
|
|
|
|
Студент должен:
Иметь представление:
О перспективах развития термической обработки материалов; о возможных дефектах материалов при термической обработке материалов;
Знать:
основные виды и процессы термической обработки материалов и сплавов; влияние термической обработки на структуру и свойства материалов и сплавов; основное оборудование для термической обработки;
Уметь:
обосновывать выбранный режим термической обработки; проводить термическую обработку сталей и сплавов.
Определение и классификация видов термической обработки. Превращения в металлах и сплавах при нагреве и охлаждении. Основное оборудование для термической обработки. Виды термической обработки стали: отжиг, нормализация, закалка, отпуск закаленных сталей. Поверхностная закалка сталей. Дефекты термической обработки и методы их предупреждения и устранения. Термомеханическая обработка, виды, сущность, область применения.
Лабораторные работы №2
Литература: 3,с.91…123;4,с.156…227;7,с.89…107.
Методические указания
Современная техника предъявляет всевозрастающие требования к механическим свойствам металлов, которые в значительной степени можно улучшить путем термической. Увеличение прочности деталей во многих случаях позволяет уменьшить их габариты и массу, что дает огромную экономию металла.
Изучение этой темы начните с процессов, протекающих при охлаждении аустенита с различной скоростью. Разберите диаграмму распада аустенита и изотермического распада аустенита при непрерывном охлаждении(С- образные кривые), а также структуры, получающиеся при разной скорости охлаждения аустенита. Запомните, что перлит, сорбит и троостит- это двухфазные структуры, представляющие собой ферритно – цементитную смесь различной степени дисперсности(размельченности), они имеют пластинчатое строение.
|
|
|
При большой скорости охлаждения диффузия углерода не успевает произойти, происходить только аллотропическое превращение железа, поэтому из аустенита получается однофазная структура- мартенсит, который представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в альфа- железа, о имеет игольчатое строение. Запомните, что чем больше скорость охлаждения аустенита, тем тверже получается структура. Нужно знать какая температура называется мартенситной точкой. В углеводистых сталях начало мартенситного превращения происходит при температуре 200 0С.
Любая термическая обработка состоит из нагрева до заданной температуры, выдержки и охлаждения с заданной скоростью, поэтому термическую обработку обычно выражают графически в координатах температура- время. В зависимости от температуры нагрева и скорости охлаждения различают следующие основные виды термической обработки:отжиг, нормализацию, закалку и отпуск. Нужно знать цель и сущность каждого вида термической обработки, практику его проведения, а главное- какую структуру и свойства приобретает сталь в результате проведения каждого вида термической обработки.
При изучении процесса отжига разберите, в каких случаях какой метод отжига наиболее целесообразно применять, каким сталям дают полный отжиг, а каким неполный. Легированные стали и крупные поковки требуют очень медленного охлаждения, поэтому применение для них изотермического отжига разрешает значительно увеличить производительность.
Отжиг на зернистый перлит целесообразно применять для инструментальных и шарикоподшипниковых сталей, так как зернистые структуры имеют повышенную пластичность, и детали при последующих закалке менее склонны к короблению, меньше опасность появление трещин. Цель отжига – получение максимальной вязкости, пластичности. А так как у разных сталей время устойчивости аустенита разное (см. С-образные кривые), то и скорость охлаждения при отжиге для разных сталей разная. Она зависит от устойчивости аустенита в области перлитного превращения. Разберите явления перегрева и пережога, разницу между ними, меры предупреждения и способы устранения этих видов брака.
|
|
|
При излучении процесса нормализации прежде всего отметьте разницу между отжигом и нормализацией в их назначении и способе проведения процесса. При отжиге скорость охлаждения разная для разных сталей, при нормализации же скорость охлаждения для всех сталей одна и та же – на воздухе. Поэтому после нормализации у разных сталей получается разная структура, она зависит от критической скорости закалки. В углеродистой стали структура после нормализации получается практически такая же, как и после отжига, но более мелкая, поэтому прочность нормализированных сталей несколько выше, чем отожженных. В ряде случаев для углеродистых сталей вместо отжига можно производить нормализацию. В легированных сталях в зависимости от критической скорости и закалки в структуре может быть сорбит, троостит или мартенсит.
Закалка – один из наиболее важных видов термической обработки. При изучении закалки прежде всего отметьте, как выбирается температура нагрева в зависимости от содержания углерода в стали. Нужно знать, что для доэвтектоидной стали всегда дают полную закалку, так как при неполной закалке остается феррит, который образует мягкие участки, а для заэвтектоидной стали можно давать неполную закалку, так как остающийся цементит твердость не снижает. Нужно знать охлаждающие среды и требования к ним. Следует иметь в виду, что при чрезмерном увеличении скорости охлаждения получаются большие внутренние напряжения, коробления и могут быть трещины. Поэтому, если мартенсит можно получить при охлаждении в масле, не нужно деталь охлаждать в воде. Запишите, что называется прокаливаемостью стали и как на нее влияет критическая скорость закалки. Разберите основные методы закалки, применяемые на практике, и в каких случаях какой метод целесообразно применять. Желательно кривые охлаждения при различных методах закалки нанести на диаграмму изотермического распада аустенита, тогда наглядно видно разницу между ними. Изучая, ступенчатую изотермическую закалку обратите внимание на то, что температура горячей среды, в которой происходят выдержка, может быть одинаковой(вблизи мартенситной точки), но при ступенчатой закалке время выдержке должно быть меньше времени устойчивости аустенита при данной температуре, поэтому окончательная структура- мартенсит, а при изотермической закалке время выдержки должно обеспечить полный распад аустенита на игольчатой троостит. Игольчатый троостит обладает значительно меньшей твердостью, чем мартинсит, поэтому изотермическую закалку нельзя применять для режущего инструмента, но она обеспечивает большую прочность при минимальных внутренних напряжениях, так как отсутствует мартинситное превращение. Ее наиболее целесообразно применять для тех деталей, которые работают временными мгновенными перегрузками, и во время у которых отсутствует пластическая деформация, например для пружин. В сталях, у которых мартинситная точка лежит ниже 00С, после закалки может остаться большое количество остаточного аустенита. Для таких сталей например легированных инструментальных или постоянных магнитов, для уменьшения количества остаточного аустенита после закалки производят обработку холодом, то есть охлаждение ниже 00С, разработанную А.П.Гуляевым.
|
|
|
В результате закалки в деталях всегда возникают внутренние напряжения связи с резким охлаждением и фазовыми превращениями. Для уменьшения напряжения, повышение вязкости, иногда для снижения твердости после закалки всегда отпуск. Большей частью отпуск является окончательной термической обработкой, которая определяет конечную структуру, а значит, и свойства деталей. Сделайте график зависимости механических свойств в стали в зависимости от температуры отпуска. Нужно хорошо знать температуры при различных видах отпуска, которая получается структура после каждого вида отпуска, и для каких деталей обычно применяется низкий, средний и высокий отпуск. Наилучшим сочетанием между прочностью и вязкостью обладает сорбит отпуска, поэтому термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется улучшением стали.
|
|
|
Детали, которые должны иметь твердость только на поверхности, подвергаются поверхностной закалке. В результате поверхностной закалке увеличивается так же общая прочность детали, так как увеличивается предел усталости. Разберите основные методы поверхностной закалки. Основное внимание уделите закалке токами высокой частоты, так как она наиболее легко автоматизируется и дает наилучшие результаты. При изучении поверхностной закалки газовым пламенем нужно иметь в виду, что для крупных деталей это в ряде случаев единственный метод поверхностного упрочнения.
Нужно знать новые прогрессивные методы упрочение деталей: термомеханическую, ультразвуковую, термомагнитную обработки. Запишите, что высокотемпературный термомеханической обработке(ВТМО) можно подвергать любые стали, а низкотемпературной(НТМО)- только те, у которых переохлажденный аустенит обладает повышенной устойчивостью, то есть легированные. Повышение механических свойств в результате ТМО объясняется тем, что при пластической деформации аустенита создается мелкоблочное строение. При закалке измельченный при наклепе аустенит превращается в мартенсит тонкого строения.
Вопросы для самоконтроля.
1. Каково влияние скорости охлаждения на продукты распада аустенита?
2. Какая скорость охлаждения называется критической скоростью закалки?
3. Какая разница между мартенситной и перлитной точкой?
4. Какое практическое значение имеет термическая обработка для уменьшения размеров и массы деталей машин и механизмов и экономии металла?
5. Какая разница между отжигом первого и второго рода?
6. Пользуясь диаграммой железо- цементит,укажите до какой температуры нагревают сталь, содержащую 0,5% С при отжиге.
7. В чем принципиальное отличие изотермического отжига от обычного и в чем его преимущества?
8. Чем отличается процесс нормализации от отжига?
9. Как влияет критическая скорость закалки на выбор охлаждающей среды при закалке?
10. Какая структура получается в стали после ступенчатой и после изотермической закалки?
11. Зачем после закалки производится отпуск стали?
12. В каких случаях производят поверхностную закалку?
|
|
|
