тряпки (тряпки шпоры)
Описание файла
Документ из архива "тряпки шпоры", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "материаловедение" из , которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "к экзамену/зачёту", в предмете "материаловедение" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "тряпки"
Текст из документа "тряпки"
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ Термической обработкой называют технологические процессы, состоящие из нагрева и охлаждения металлических изделий с целью изменения их структуры и свойств.
Термической обработке подвергают -слитки, отливки, полуфабрикаты, сварные соединения, детали машин, инструменты.
Основные виды термической обработки - отжиг, закалка, отпуск и старение. Каждый из указанных видов имеег несколько разновидностей.
Отжиг -термическая обработка, в результате которой металлы или сплавы приобретают структуру, близкую к равновесной: отжиг вызывает разупрочнение металлов и сплавов, сопровождающееся повышением пластичности и снятием остаточных напряжении
Закалка термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура
Отпуск и старение — термическая обработка. в результате которой в предварительно закаленных сплавах происходят фазовые превращения, приближающие их структуру к равновесной.
Сочетание закалки с отпуском или старением практически всегда предполагает получение более высокою уровня свойств (твердости, характеристик прочности, коэрцитивной силы, удельного электрическою сопротивления и др.) по сравнению с отожженным состоянием
Основные виды термической обработки стали
Горячекатаные полуфабрикаты, поковки. штамповые заготовки и стальные отливки отжигают или нормализуют; легированные стали после нормализации подвергают высокотемпературному отпуску.
Отжиг и нормализация могут быть промежуточными видами термической обработки, если детали или инструменты после обработки резанием термически упрочняются, а в некоторых случаях эти виды обработки определяют и эксплуатационные свойства металла, если к специальному термическому упрочнению не прибегают.
Термическое упрочнение состоит из закалки и последующего отпуска.
Отжиг сталей. Существует несколько разновидностей отжига, из них для конструкционных сталей наибольшее применение находит перекристаллизационный отжиг, а для инструментальных сталей - сфероидизирующий отжиг.
Перекристллизационныи отжиг конструкционных стилей. Конструкционные стали чаще всего содержат углерод в количестве до 0.1%, т. е. являются до-эвтектоидными сталями.
Перекристаллизационный отжиг проводят для снижения твердости, повышения пластичности и получения однородной мелкозернистой структуры. Одновременно при отжиге полностью снимаются остаточные напряжения.
Полуфабрикаты из конструкционных сталей после литья или горячего деформирования из-за ускоренного охлаждения с высоких температур могут иметь повышенную твердость, что затруднит их обработку резанием и приведет к понижению пластичности. Кроме того, отливки и горячедеформированная сталь часто приобретают структурные дефекты, ухудшающие свойства.
Характерный структурный дефект стальных отливок - крупнозернистость.
При ускоренном охлаждении крупнозернистого аустенита создаются условия для образования видманштеттовой структуры. При ее образовании выполняется принцип размерного и структурного соответствия, в результате чего кристаллы доэвтектоидного феррита ориентированно прорастают относительно кристаллической решетки аустенита и имеют форму пластин.
Размер зерна аустенита, образующегося после обработки давлением, как показывает опыт, определяется температурой окончания обработки
При обработке давлением включения вытягиваются. Феррит, зарождаясь на вытянутых включениях, образует вытянутые скопления. Строчечность структуры, вызванная неметаллическими включениями, не исправляется отжигом.
Для полной перекристаллизации структуры конструкционные стали нагревают до температуры, превышающей температуру Ас3 па 30—50°С. При более высоком нагреве произойдет укрупнение аустенитных зерен. После сквозного прогрева изделия следует медленно охлаждать, чтобы обеспечить в результате распада аустенита равновесную феррит-но-перлитную структуру и, соответственно, низкую твердость и высокую пластичность.
Скорость охлаждения при отжиге выбирают в зависимости от степени леги-
рованности стали. Углеродистые стали получаются достаточно мягкими при скорости охлаждения 100--200 °С/ч. Легированные стали с более высокой устойчивостью переохлажденного аустенита нужно охлаждать медленнее, со скоростью 20 70 °С /ч. Высоколегированные стали экономичнее подвергать изотермическому отжигу, т. е. дать выдержку при температуре немного меньшей Ar1, чтобы получить продукты распада аустенита с низкой твердостью.
Охлаждение при отжиге чаще всего проводят вместе с печыо.
Сфероидизирующий отжиг инструментальных стилей. Инструментальные стали для режущего, измерительного инструмента и для инструмента, деформирующего металл в холодном состоянии, содержат углерод в количестве от 0,7 до 2%. Высокое содержание углерода обусловливает высокую твердость инструментальных сталей, что затрудняет их обработку резанием. Для снижения твердости такие стали отжигают. Для заэвтектоидных сталей сфероидизирующий отжиг, кроме того, подготовляет структуру к закалке.
Наименьшую твердость имеют стали со структурой зернистого перлита, когда цементит перлита имеет округлую формуй Отсюда и название отжига «Сфероидизация».
Зернистый перлит в инструментальных сталях обычно получают путем нагрева сталей до температуры немного выше, чем Ас1, 750 770 °С, и последующего медленного охлаждения или изотермической выдержки при субкритической температуре 650-680°С. При нагреве до температуры, лишь немного превышающей критическую, даже в доэвтектоидных сталях сохраняются нераспавшиеся мелкие карбидные частицы, которые при охлаждении или изотермической выдержке выполняют роль центров кристаллизации сфероидального цементита.
В заэвтектоидных сталях требуется
сфероидизировать не только эвтектоидный цементит, по и цементит вторичный (избыточный), который при нарушениях режима обработки давлением выделяется в виде сплошных оболочек аустенитных зерен (на шлифе-сетка). Этот заэвтсктоидный цементит сферои-дизирустся труднее, чем цементит перлита, поэтому зазвтектоидные стали предварительно нагревают выше температуры Асm, для распада цементита и охлаждают на воздухе. Такая обработка вызывает измельчение цементита и разрыв сетки цементита на границах зерен, что облегчает сфероидизацию при вторичном нагреве.
Низко-, средне- и высоколегированные инструментальные стали сфероидизируют аналогичным образом, однако чаще вместо непрерывного охлаждения от температуры нагрева используют субкритические изотермические выдержки.
Нормализация сталей. Нормализации, так же как и перекристаллизационному отжигу, чаще всего подвергают конструкционные стали после горячей
обработки давлением и фасонного литья. Нормализация отличается от отжига в основном условиями охлаждения; после нагрева до температуры на 50-70 °С выше температуры Ас3 сталь охлаждают на спокойном воздухе.
Нормализация - более экономичная термическая операция, чем отжиг, так как меньше времени затрачивается на охлаждение стали. Кроме того, нормализация, обеспечивая полную перекристаллизацию структуры, приводит к получению более высокой прочности стали, так как при ускорении охлаждения распад аустенита происходит при более низких температурах.
Легированные конструкционные стали с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита после нормализации приобретают высокую твердость, затрудняющую последующую обработку резанием. В связи с этим после нормализации проводят отпуск при температурах, обеспечивающих получение требуемой твердости (650-750 С, в зависимости от состава стали).
После нормализации углеродистых и низколегированных сталей, так же как и после отжига, образуется ферритно-перлитная структура, однако имеются и существенные структурные отличия. При ускоренном охлаждении, характерном для нормализации, доэвтектоидный феррит при прохождении температурного интервала Аr3 – Аr1 выделяется на границах зерен аустенита; поэтому кристаллы феррита образуют сплошные или разорванные оболочки вокруг зерен аустенита — ферритную сетку.
Нормализация позволяет несколько уменьшить анизотропию свойств, вызванную наличием в горячедеформированной стали вытянутых неметаллических включений. При ускоренном охлаждении (по сравнению с отжигом) возникает больше самопроизвольно образующихся центров кристаллизации, поэтому строчечность структуры менее резко выражена. Это дополнительное преимущество данного вида обработки.
Свойства нормализованных горячекатаных полуфабрикатов существенно зависят от сечения: чем меньше сечение, тем быстрее произойдет охлаждение на спокойном воздухе и тем выше будет прочность стали.
Закалка сталей. В большинстве случаев при закалке желательно получить структуру наивысшей твердости, т. е. мартенсит, при последующем отпуске которого можно понизить твердость и повысить пластичность стали. При равной твердости структуры, полученные при отпуске мартенсита, имеют лучшие механические свойства, чем структуры, полученные непосредственно в результате распада аустенита, за исключением нижнего бейнита.
В зависимости от температуры нагрева закалку называют полной и неполной. При полной закалке сталь переводят в однофазное аустенитное состояние, т. е. нагревают выше критических
температур Ac3 или Accm при неполной закалке сталь нагревают до межкритических температур между Aс1и Ас3
Доэвтектоидные стали, как правило, подвергают полной закалке, при этом оптимальной температурой нагрева является температура Ас3 + (30— 50 С). Такая температура обеспечивает получение при нагреве мелкозернистого аустенита и, соответственно, после охлаждения - мелкокристаллического мартенсита. Недогрев до температуры Ас3, приводит к сохранению в структуре кристаллов доэвтектоидного феррита, что при некотором уменьшении прочности обеспечивает повышенную пластичность закаленной стали. /Заэвтектоидные стали подвергают неполной закалке. Оптимальная температура нагрева углеродистых и низколегированных сталей- температура Ас1 + (30-50°С).
После закалки заэвтсктоидная сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и цементита. Кристаллы це-ментита тверже кристаллов мартенсита, поэтому при неполной закалке заэвтек-тоидные стали имеют более высокую твердость, чем при полной закалке. Так как сталь предварительно подвергалась сфероидизирующему отжигу, избыточные карбиды округлой формы не вызывают снижения вязкости -Высоколегированные инструментальные стали ледебу-
ритного класса для повышения теплостойкости нагревают при закалке до очень высоких температур, близких к эвтектической При этом происходит распад всех вторичных карбидов, аустенит обогащается не только углеродом, но и легирующми элементами, содержащимися в карбидах. В результате получается высоко легированный, а следовательно, и те- плостойкий мартенсит.
Если высоколегированные инструме тальные стали используют не как тепл стойкие, а только как износостойкие температуру закалки понижают, сохраняя некотрое количество вторичных карбидов не- растворенными. При такой закалке температура нагрева достаточно высокая, (900-1000 С). Это связано с влиянием легирующих элементов на критические температуры стали и с малой скоростью диффузии легирующих элементов в твердом растворе. ( Для получения мартенситной стру туры необходимо переохладить aустенит до температуры мартенситного превращения, следовательно, скорость охлаждения должна превышать критическую скорость Vкр
Для углеродистых сталей Vкр cocтавляет от 1400 до 400°С/с. Для то чтобы переохладить аустенит таких сталей до температуры мартенситного превращения, необходимо прибегать к очень резкому охлаждению, которое достигается погружением закаливаемых деталей в холодную воду или воду с добавками соли или едкого натра
При охлаждении на поверхности стальной детали не должна образоваться паровая пленка, препятствующая теплообмену с закалочной средой.
Лучшей является стадия пузырькового кипения охлаждающей жидкости. Чем больше температурный интервал этой стадии, тем интенсивнее охлаждает закалочная среда.
Лучше пользоваться добавками едкого натра, так как щелочная среда не вызывает последующей коррозии стальных деталей. Многие легированные стали приобретают мартенситную структуру при охлаждении в холодных или подогретых маслах, а высоколегированные стали закаливаются на мартенсит даже при охлаждении на воздухе.
Охлаждение при закалке наиболее просто осуществляется погружением закаливаемой детали в жидкую среду (воду или масло), имеющую температуру 20-25 С. Однако в некоторых случаях для уменьшения деформации (коробления) деталей или для предотвращения образования трещин условия охлаждения усложняют.
Коробление и растрескивание вызываются значительными остаточными напряжениями, возникающими при закалке. Основной источник напряжений - увеличение объема при превращении аустенита в мартенсит. Модуль упругости в температурном интервале мартенситного превращения достаточно велик, поэтому возникающие из-за объемных изменений напряжения релаксируют с малой скоростью. Значительные макроскопические напряжения возникают из-за неодновременности превращения по сечению, а также в закаливаемых деталях сложной формы. Остаточные напряжения уменьшаются при условии одновременного превращения по сечению и понижения скорости охлаждения в интервале температур Мн-Мк.
В практике термической обработки сталей широкое использование нашли следующие способы охлаждения, позволяющие значительно уменьшить величину остаточных напряжений: закалка в двух средах и ступенчатая закалка.
Закалки в двух средах. После нагрева под закалку деталь погружается па определенное время в воду, в результате чего достигается быстрое прохождение температурного интервала минимальной устойчивости аустенита, а затем переносится и более мягкую охлаждающую среду, обычно в масло.
Ступенчатая закалка. При ступенчатой закалке деталь, нагретую до температуры закалки, переносят в жидкую среду, имеющую температуру на 50-100 °С выше мартенситной точки Мн закаливаемой стали, и выдерживают небольшое время, необходимое для выравнивания температуры но сечению, а затем окончательно охлаждают на спокойном воздухе Получение мартенсита при таком способе охлаждения возможно только в легированных сталях с достаточно высокой устойчивостью переохлажденного аустенита в интервале температур перлитного превращения.