Основные виды термической обработки


Термическая обработка




отжиг закалка



1 рода 2 рода отпуск


Отжиг 1 рода – вид термической обработки, направленный на формирование равновесной структуры стали, подвергнутой предварительной пластической деформации.

Наклеп – явление упрочнения металла под действием значительной пластической деформации.


Структура состоит из кристаллов, деформированных в одном направлении и отличающихся разными свойствами в разных направлениях (анизотропическая структура).















Отжиг II рода.


Отжиг II рода – устранение последствий предварительной термической обработки, повышение равновесности структуры.



1. Гомогенизация – высокотемпературный отжиг.

Задача: выравнивание химического состава (устранение химических ликваций), образование полностью равновесной структуры.

+ полностью устраняются последствия предварительной термической обработки.

- увеличение размеров кристаллов (убыстряется рост зерен) ухудшение механических свойств.

2. Полный отжиг

Последствия термической обработки устраняются; ликвации и другие неоднородности сохраняются.

+ нет роста зерен.

3., 4. Неполный отжиг

Сохранение следов термообработки; система не полностью равновесна.

+ уменьшение внутренних напряжений.

5. Сфероидизация - применяется для заэвтектических сталей.

цель: разрушение цементитного скелета, формирование равноосных кристаллов цементита.

результат: улучшение механических свойств – сохранение твердости, снижение хрупкости.



Закалка.


Закалка – вид термической обработки, заключающийся в:

а) нагреве до температуры выше критической (образование аустенита)

б) выдержке при этой температуре

в) охлаждении со скоростью больше критической (образующаяся структура - мартенсит)

 повышение твердости и прочности сталей.




Доэвтектоидные стали.


  1. формирование аустенита за максимально короткое время (чем выше температура, тем быстрее происходит формирование)

  2. предотвращение роста зерен (чем ниже температура, тем лучше).


Заэвтектоидные стали.


опасность - высокое содержание углерода повышается устойчивость аустенита при нагреве выше линии SE после закалки мартенсит почти не образуется, а сохраняется аустенитная структура.

оптимально - нагрев выше линии SK (на 20-50); при этом содержание углерода в аустените падает (~ 0.8%С) большая часть аустенита после закалки превращается в мартенсит, а пониженная твердость от остаточного аустенита компенсируется цементитом вторичным, т.е. обеспечивается максимальная твердость закаленной стали.

Получающаяся структура: М+ЦIIост


К
ритическая скорость охлаждения сталей
– минимальная скорость охлаждения, при которой не происходит распад аустенита с образованием перлитной структуры.


V1>Vкр – закалка возможна; но слишком высокая скорость охлаждения может привести к трещинам.

V2кр – неполная закалка; частичный распад аустенита, структура после закалки: М+П.

V32кр – закалка невозможна; полный распад аустенита.



Свойства сталей по отношению к закалке.


Закаливаемость – способность стали существенно изменять свои свойства после закалки. Определяется химическим содержанием углерода (имеет смысл производить закалку для сталей с С > 0.25%).


Прокаливаемость – толщина поверхностного слоя массивной детали, имеющего мартенситную структуру после закалки. Чем толще слой, тем выше прокаливаемость. Определяется значением критической скорости охлаждения (чем меньше Vохл. кр., тем выше прокаливаемость).






Виды закалки сталей.




1 – простая закалка – охлаждение в одной закалочной среде Vохл>Vкр. Результат: Мартенсит закалки

+ простота низкая стоимость

- высокие внутренние напряжения необходимость дополнительной термообработки (отпуск).

2 – закалка в двух закалочных средах. Результат: Мартенсит.

+ снижение внутренних напряжений

- сложность повышение стоимости.

3 – закалка с промежуточной выдержкой. Результат: Мартенсит.

+ существенное снижение внутренних напряжений

- высокая сложность дороговизна.

4 – закалка на бейнит.

Бейнит – особая структура, образующаяся в результате превращения аустента при низкой температуре (~Мн), представляет собой промежуточное состояние между мартенситной и перлитной структурами.

При закалке на бейнит нет кристаллов цементита, а есть сочетание микрообластей с повышенной концентрацией углерода (~6.67%) и областей с пониженной концентрацией углерода (>0.06%).

+ улучшение механических свойств (твердость, прочность, пластичность)

  • сложность, высокий процент брака.


Отпуск.


Отпуск – вид ТО, заключающийся в нагреве закаленной стали (на мартенсит) до температуры ниже критической (<727), выдержке и охлаждении на воздухе.


Существуют 3 вида отпуска:


1) низкотемпературный tотп =150-250С;

 структура: Мотп + карбиды;

 небольшое снижение твердости и прочности, снижение внутренних напряжений.

 низкая температура отпуска низкая диффузионная подвижность углерода из мартенсита уходит малая часть углерода мартенсит сохраняется, но степень пересыщения падает; избыточный углерод концентрируется в микроскопических областях по составу близких к цементиту, но сохраняющих общую решетку с кристаллами мартенсита ( карбиды).

2) среднетемпературный tотп=250-450С;

 структура: Тотп (тростит отпуска);

 диффузионный процесс М распадается образование равновесной структуры перлитного типа;

 недостаточная энергия у атомов углерода для перемещения на большие расстояния образующиеся кристаллы Ф и Ц очень маленького размера. Эти кристаллы имеют не пластинчатую, а равноосную форму.

3) высокотемпературный tотп=450-650С;

 структура: Сотп (сорбит);

 активные диффузионные процессы, углерод проходит большие расстояния, укрупнение размеров кристаллов Ф и Ц.



Вывод: высокий и средний отпуск обеспечивают наилучшее сочетание механических свойств в стали: достаточно высокая твердость и прочность, запас пластичности.

Существует объединенный вид ТО – улучшение – закалка + отпуск. Применяется для ответственных, высоконагруженных деталей (пружины, рессоры и т.д.)


Состав углеродистых сталей.


Кроме С и Fe в составе стали существуют примеси:

1) случайные (Au, Cu, Cr, Zn) – малое содержание, отсутствие влияния на свойства и структуру стали.

2) вредные – оказывают сильное влияние на свойства и структуру стали.

сера S – при содержании нескольких сотых долей процента в составе стали появляется свойство красноломкости (образование трещин при пластичном деформировании в нагретом состоянии) – химическое соединение Fe и S образует легкоплавкую эвтектику.





фосфор P – вызывает свойство синеломкости (низкая прочность и склонность к трещинообразованию при низких температурах) – образование при низких температурах непрочного химического соединения FenPm (при высоких tC – распадается – нет вредного эффекта).

газы O, H, N – нарушение структуры стали – образуют химические соединения с металлами. Различная растворимость газов при изменении: а) температуры (чем ниже tC, тем ниже растворимость); б) типа кристаллической решетки (скачкообразное!!) – появление газовых пузырьков внутри металла.


Р
астворимость газов (в железе).


При t=911С на границах зерен появляются газовые пузырьки, давление в которых больше предела прочности (>1000атм.), что может привести к появлению внутренних трещин.

Для уменьшения вредного воздействия газов применяются меры по их удалению (раскисление, вакуумные плавки и т.д.).

3)технологические – специальные добавки для улучшения структуры и свойств стали.

 раскислители – для удаления О2 – Mn, Al, Si. (наиболее часто используется Mn)

FeO+MnFe+MnO, (прямая реакция – Mn>0.8%, обратная – Mn << 0.8%) легкий, всплывает в ванне жидкого металла.

Стали, раскисленные Mn, - кипящие стали (из-за бурного всплывания MnO); а Al и Si – полуспокойные и спокойные.






Маркировка углеродистых сталей.


1.Стали общего назначения.


Пример: Бст3ПС

а) б) в)

а) способ контроля качества

А – контроль механических свойств (применяется для сталей, предназначенных для механической обработки).

Б – контроль химического состава (для сталей, предназначенных для сварки).

В – механические свойства + химический состав (комплексная обработка).

б) марка стали

чем больше цифра, тем выше процентное содержание углерода. ст0; ст1; …ст6

в) способ раскисления

КП – кипящая (раскислена Mn)

ПС – полуспокойная (Mn+Al)

СП – спокойная (Al+Si)


2.Качественные углеродистые стали.


05кп; 10кп; 15кп; 20; 25; 30; …; 60; 70; 80 цифра - %С

низкое содержание Mn не применяется

углерода (раскисление др. способами)

 кипящие


3.Инструментальные углеродистые стали.


У7; У8;…; У13 содержание P, S < 0.035%

А в конце маркировки – высококачественные стали; содержание P, S < 0.025%

автоматные стали (обрабатываются роботами – min контроль качества) для облегчения резки стали добавляют фосфор: Р~ 0.1%.


Легированные стали.


Легированная сталь – сталь, содержащая в своем составе 1 или насколько специально введенных легирующих элементов в количестве, заметно изменяющих свойства стали.

Легирующие элементы в сталях: 1) в свободном состоянии (образуя собственные кристаллы)

2) карбиды (МеnCm)

3) твердые растворы Ме в Fe (Ме в кристаллической решетке Fe)

4) интерметаллидный (МеnMem)


Марки – сложный буквенно-цифровой код, в котором зашифрован химический состав.

Легирующие элементы обозначаются заглавными буквами русского алфавита.

Х – Cr; Н – Ni; В – W; Т – Ti; М – Мо; Д – Сu; Ю – Al; Б – Nb; Р – В; С – Si; Ф – V; А – N.

12Х18Н10Т – 0.12%С, 18%Cr, 10%Ni; Ti<1.5%

7Х4В18Ф=Р18 – 0.7%С, 4%Cr, 18%W, V<1.5%


Классификация сталей.


1. По назначению

 конструкционные (строительные, машиностроительные…)

 инструментальные (быстрорежущие, штамповые…)

 с особыми свойствами (коррозионно-стойкие, немагнитные, жаропрочные,…)

2. По степени легированности

 низколегированные (л.э.2.5%)

 среднелегированные (2.5%л.э.10%)

 высоколегированные (10%л.э. 55%)

л.э.> 55% - многокомпонентные сплавы.

3. По числу компонентов

 3-компонентные (Fe+C+л.э.): 40Х13

 4-компонентные (Fe+C+2л.э.): 15ХМ

 5-компонентные: 25Х1М1Ф

 многокомпонентные: 37Х13Н8Г8МФБ

4. По микроструктуре после нормализации

 перлитный

 мартенситный

 аустенитный

Почти все л.э. (включая С) повышают устойчивость аустенита при температуре ниже критической (кроме Al, Co – понижают устойчивость): а) увеличивают продолжительность инкубационного периода до начала распада аустенита (линии С диаграммы смещаются вправо); б) уменьшают температуру начала мартенситного превращения.

Нормализация – нагрев выше критической температуры, выдержка и охлаждение на воздухе при н.у.

О
собенность нормализации – средняя скорость охлаждения, при которой решающее влияние на структуру оказывает химический состав (содержание л.э.)


С
уществует еще 2 класса: карбидный (много сильных карбидообразующих элементов – W, Cr, Ti).




Содержат в составе ледебуритную эвтектику аналогичную эвтектики белых чугунов повышение твердости и прочности – стали инструментальные (быстрорежущие).


Краткая характеристика легирующих элементов.

Ni повышает устойчивость А; повышает жаропрочность.

Cr (>12%) коррозионная стойкость.

W повышает твердость, прочность; образование карбидов.

V повышает жаропрочность; устойчивость к циклическим нагрузкам.







Сплавы на основе цветных металлов.


Медь и ее сплавы.


Основные свойства меди:

+ высокая тепло- и электропроводность, пластичность, хорошие литейные качества (жидкотекучесть, малая усадка, отсутствие дефектов в отливе), легко соединяется пайкой (низкотемпературными припоями).

  • невысокая прочность ( = 200 МПа), высокая стоимость.

Марки: М00 М0 М1 …

примесей % <0.01 <0.05 <0.1

Основные цели легирования меди: повышение твердости, прочности, уменьшение стоимости.


Основные сплавы.


Латунь – (Cu+Zn) Zn < 45%


Однофазные (Zn < 39%) Двухфазные (39% < Zn < 45%)

 - твердый раствор Zn в Cu + (твердый раствор Zn в CuZn)

повышение % Zn повышение повышение % Zn значительное

твердости, прочности, пластич- повышение твердости, прочности,

ности. резкое снижение пластичности.

Деформируемые латуни. Литейные латуни.


Маркировка Легирующие элементы обозначаются заглавными русскими буквами и часто не совпадают с теми же элементами в легированных сталях.

Л59 59% Cu + 41% Zn

ЛАЖН60-4-1-1 60%Cu + 4%Al + 1%Fe + 1%Ni + 34%Zn

Дополнительные легирующие элементы в латунях оказывают действие аналогичное Zn, т.е. способствует повышению прочности (а также понижение пластичности).


Бронза.


  • сплав Cu с любым металлом (кроме Zn)

с Sn оловянная: БрОФ10-1 - 10%Sn +1%P + 89% Cu

c Pb свинцовые: БрС30 - 30%Pb + 70%Cu

с Al алюминиевые: БрАЖН-10-1-1 - 10%Al + 1%Fe + 1%Ni + 88%Cu

с Be бериллевые: БрБ2 - 2%Be + 98%Cu


Свойства: твердые, прочные сплавы с хорошими литейными свойствами.

Высокое содержание Cu высокая стоимость (по сравнению с латунью)


И латуни и бронзы сохраняют хорошую тепло-, электропроводность, устойчивость к коррозии и др.


Алюминий и его сплавы.


Основные свойства алюминия:

tпл. =657С, =2.7 г/см3

+ Доступность, малый удельный вес, высокая тепло- и электропроводность, пластичность, коррозионная стойкость.

  • очень низкая прочность (=100МПа, в 10 раз меньше, чем у сталей), «никакие» литейные качества – усадка, ликвации, и пр.

Главная цель легирования: повышение прочности, улучшение литейных качеств.

Маркировка А999 А95 А7 А0

примесей % 0.001 0.05 0.3 1

%Al 99.999 99.95 99.7 99


Деформируемые неупрочняемые сплавы.


Al + Mg (АМг3 – 3%Mg) в = 200 МПа

Al + Mn (АМц - ~ 1%Mn)

Цель легирования: повышение прочности.

Назначение сплава: слабонагруженные детали, полученные обработкой давлением (штамповка, прокатка, волочение, и т.д.).



Деформируемые упрочняемые сплавы.


Al + Cu + Mg – дюралюминий.

Упрочнение = закалка (в=250МПа) + старение (в=500-550МПа)

При отжиге в=200Мпа


Отожженное состояние сплава:

структура: - твердый раствор Cu в Al + - AlCu

Закалка:

образование пересыщенного твердого раствора Cu в Al

Старение:

Старение – процесс выдержки закаленного сплава при нормальной (естественное старение) температуре или повышенной (искусственное старение).

Цель старения: активация диффузии и образование внутри кристалла зон с повышенной концентрацией легирующих элементов без образования химических соединений.




Маркировка Д2; Д16; и т.п. (2, 16 – N сплава)



Алюминевые литейные сплавы.



Al + Si – силумин, Si < 13%





Si малорастворим в Al, Al в Si практически не растворим.


Присутствие Si обеспечивает удовлетворительные литейные свойства: снижение температуры плавления, узкий диапазон температур кристаллизации, плотная отливка с малым количеством дефектов.

в = 150 – 170 МПа

Причина понижения прочности и пластичности – грубая крупнозернистая эвтектика (+Si)

Улучшение структуры – модифицирование: + 0.5% Na или Li измельчение эвтектика, снижение температуры кристаллизации.

Маркировка АЛ4 (4 – N сплава)











Случайные файлы

Файл
50528.doc
91312.rtf
186883.rtf
96788.rtf
CBRR4244.DOC




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.