Термическая обработка металлов и сплавов

Термическая обработка металлов и сплавов (стр. 1 из 3)

Курсовая работа

на тему: «Термическая обработка металлов и сплавов»

Введение

Термическую обработку применяют на различных стадиях производства деталей машин и металлоизделий.

В одних случаях она может быть промежуточной операцией, служащей для улучшения обрабатываемости сплавов давлением, резанием, в других – является окончательной операцией, обеспечивающей необходимый комплекс показателей механических, физических и эксплуатационных свойств изделий или полуфабрикатов.

Полуфабрикаты подвергают термической обработке для улучшения структуры, снижения твердости (улучшения обрабатываемости), а детали – для придания им определенных, требуемых свойств (твердости, износостойкости, прочности и других).

В результате термической обработки свойства сплавов могут быть изменены в широких пределах.

Возможность значительного повышения механических свойств после термической обработки по сравнению с исходным состоянием позволяет увеличить допускаемые напряжения, уменьшить размеры и массу машин и механизмов, повысить надежность и срок службы изделий.

Улучшение свойств в результате термической обработки позволяет применять сплавы более простых составов, а поэтому более дешевые. Сплавы приобретают также некоторые новые свойства, в связи с чем расширяется область их применения.

Назначение и виды термической обработки

Термической (тепловой) обработкой называются процессы, сущность которых заключается в нагреве и охлаждении изделий по определенным режимам, в результате чего происходят изменения структуры, фазового состава, механических и физических свойств материала, без изменения химического состава.

Назначение термической обработки металлов – получение требуемой твердости, улучшение прочностных характеристик металлов и сплавов. Термическая обработка подразделяется на термическую, термомеханическую и химико-термическую.

Термическая обработка – только термическое воздействие, термомеханическая – сочетание термического воздействия и пластической деформации, химико-термическая – сочетание термического и химического воздействия.

Термическая обработка, в зависимости от структурного состояния, получаемого в результате ее применения, подразделяется на отжиг (первого и второго рода), закалку и отпуск.

Отжиг

Отжиг – термическая обработка заключающаяся в нагреве металла до определенных температур, выдержка и последующего очень медленного охлаждения вместе с печью.

Применяют для улучшения обработки металлов резанием, снижения твердости, получения зернистой структуры, а также для снятия напряжений, устраняет частично (или полностью) всякого рода неоднородности, которые были внесены в металл при предшествующих операциях (механическая обработка, обработка давлением, литье, сварка), улучшает структуру стали.

Отжиг первого рода . Это отжиг при котором не происходит фазовых превращений, а если они имеют место, то не оказывают влияния на конечные результаты, предусмотренные его целевым назначением. Различают следующие разновидности отжига первого рода: гомогенизационный и рекристаллизационный.

Гомогенизационный – это отжиг с длительной выдержкой при температуре выше 950ºС (обычно 1100–1200ºС) с целью выравнивания химического состава.

Рекристаллизационный – это отжиг наклепанной стали при температуре, превышающей температуру начала рекристаллизации, с целью устранения наклепаи получение определенной величины зерна.

Отжиг второго рода . Это отжиг, при котором фазовые превращения определяют его целевое назначение. Различают следующие виды: полный, неполный, диффузионный, изотермический, светлый, нормализованный (нормализация), сфероидизирующий (на зернистый перлит).

Полный отжиг производят путем нагрева стали на 30–50 °С выше критической точки, выдержкой при этой температуре и медленным охлаждением до 400–500 °С со скоростью 200 °С в час углеродистых сталей, 100 °С в час для низколегированных сталей и 50 °С в час для высоколегированных сталей. Структура стали после отжига равновесная, устойчивая.

Неполный отжиг производится путем нагрева стали до одной из температур, находящейся в интервале превращений, выдержкой и медленным охлаждением. Неполный отжиг применяют для снижения внутренних напряжений, понижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием

Диффузионный отжиг . Металл нагревают до температур 1100–1200ºС, так как при этом более полно протекают диффузионные процессы, необходимые для выравнивания химического состава.

Изотермический отжиг заключается в следующем: сталь нагревают, а затем быстро охлаждают (чаще переносом в другую печь) до температуры, находящейся ниже критической на 50–100ºС. В основном применяется для легированных сталей. Экономически выгоден, так как длительность обычного отжига (13 – 15) ч, а изотермического отжига (4 – 6) ч

Сфероидизирующий отжиг (на зернистый перлит ) заключается в нагреве стали выше критической температуры на 20 – 30 °С, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении.

Светлый отжиг осуществляется по режимам полного или неполного отжига с применением защитных атмосфер ил в печах с частичным вакуумом. Применяется с целью защиты поверхности металла от окисления и обезуглероживания.

Нормализация – заключается в нагреве металла до температуры на (30–50) ºС выше критической точки и последующего охлаждения на воздухе. Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали. Вместо отжига низкоуглеродистые стали подвергают нормализации.

Для среднеуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо закалки и высокого отпуска. Высокоуглеродистые стали подвергают нормализации с целью устранения цементитной сетки. Нормализацию с последующим высоким отпуском применяют вместо отжига для исправления структуры легированных сталей.

Нормализация по сравнению с отжигом – более экономичная операция, так как не требует охлаждения вместе с печью.

Закалка

Закалка – это нагрев до оптимальной температуры, выдержка и последующее быстрое охлаждение с целью получения неравновесной структуры.

В результате закалки повышается прочность и твердость и понжается пластичность стали. Основные параметры при закалке – температура нагрева и скорость охлаждения. Критической скоростью закалки называется скорость охлаждения, обеспечивающая получение структуры – мартенсит или мартенсит и остаточный аустенит.

В зависимости от формы детали, марки стали и требуемого комплекса свойств применяют различные способы закалки.

Закалка в одном охладителе . Деталь нагревают до температуры закалки и охлаждают в одном охладителе (вода, масло).

Закалка в двух средах (прерывистая закалка) – это закалка при которой деталь охлаждают последовательно в двух средах: первая среда – охлаждающая жидкость (вода), вторая – воздух или масло.

Ступенчатая закалка . Нагретую до температуры закалки деталь охлаждают в расплавленных солях, после выдержки в течении времени необходимого для выравнивания температуры по всему сечению, деталь охлаждают на воздухе, что способствует снижению закалочных напряжений.

Изотермическая закалка так же, как и ступенчатая, производится в двух охлаждающих средах.

Температура горячей среды (соляные, селитровые или щелочные ванны) различна: она зависит от химического состава стали, но всегда на 20–100 °С выше точки мартенситного превращения для данной стали. Окончательное охлаждение до комнатной температуры производится на воздухе.

Изотермическая закалка широко применяется для деталей из высоколегированных сталей. После изотермической закалки сталь приобретает высокие прочностные свойства, то есть сочетание высокой вязкости с прочностью.

Закалка с самоотпуском имеет широкое применение в инструментальном производстве. Процесс состоит в том, что детали выдерживаются в охлаждающей среде не до полного охлаждения, а в определенный момент извлекаются из нее с целью сохранения в сердцевине детали некоторого количества тепла, за счет которого производится последующий отпуск.

Отпуск

Отпуск стали является завершающей операцией термической обработки, формирующей структуру, а следовательно, и свойства стали.

Отпуск заключается в нагреве стали до различных температур (в зависимости от вида отпуска, но всегда ниже критической точки), выдержке при этой температуре и охлаждении с разными скоростями.

Назначение отпуска – снять внутренние напряжения, возникающие в процессе закалки, и получить необходимую структуру.

В зависимости от температуры нагрева закаленной детали различают три вида отпуска: высокий, средний и низкий.

Высокий отпуск производится при температурах нагрева выше 350–600 °С, но ниже критической точки; такой отпуск применяется для конструкционных сталей.

Средний отпуск производится при температурах нагрева 350 – 500 °С; такой отпуск широко применяется для пружинной и рессорной сталей.

Низкий отпуск производится при температурах 150–250 °С. Твердость детали после закалки почти не изменяется; низкий отпуск применяется для углеродистых и легированных инструментальных сталей, для которых необходимы высокая твердость и износостойкость.

Контроль отпуска осуществляется по цветам побежалости, появляющимся на поверхности детали.

Старение

Старение –это процесс изменения свойств сплавов без заметного изменения микроструктуры. Известны два вида старения: термическое и деформационное.

Термическое старение протекает в результате изменения растворимости углерода в железе в зависимости от температуры.

Если изменение твердости, пластичности и прочности протекает при комнатной температуре, то такое старение называется естественным.

Если же процесс протекает при повышенной температуре, то старение называется искусственным.

Источник: http://MirZnanii.com/a/191483/termicheskaya-obrabotka-metallov-i-splavov

Термическая обработка металлов и сплавов

Термическая обработка металлов и сплавов применяется в осуществлении технологических процессов на производстве по изготовлению изделий из металлического сырья. Такой вид работы с металлом широко распространена в деятельности машиностроительных предприятий и организаций, продукция которых выполняется из разнообразных высокопрочных стальных сплавов.

Данный способ обработки может применяться, как промежуточный этап, который обеспечивает улучшение технических характеристик изделия при помощи воздействия на него высоким давлением, разрезанием и др.

Также, термическую обработку, можно задействовать в качестве конечного процесса работы с заготовкой, который будет способствовать улучшению качеств будущего изделия в механическом, физическом и эксплуатационном плане.

Итогом термической обработки металлов и сплавов становится широкомасштабное изменение технических и технологических свойств металлических элементов.

Высокий уровень увеличения механического сопротивления заготовки после термической обработки, если сравнивать с первоначальными возможностями, предоставляет широкий диапазон увеличения применяемого напряжения, позволяет варьировать с размерами и весом механизмов которые состоят из таких элементов.

То есть, термический способ закаливания деталей повышает общую надежность их эксплуатации и продлевает период функционального использования. Термический способ изменения качеств металлических изделий делится на несколько видов. К ним относятся такие этапы технологических операций, как отжиг, закалка, отпуск, старение, обработка холодом.

Виды и технологии термической обработки металлов и сплавов

Горячей обработкой металлов является отжиг, процесс которого состоит в накаливании заготовки до достижения установленного уровня температуры, с последующей выдержкой материала и его охлаждением вместе с нагревательной конструкцией.

Такой способ используют для облегчения операций связанных с порезкой заготовок из стали, для уменьшения твердости сплавов, с целью образования у металлической основы структуры зернистого типа.

Также таким методом удаляют лишний уровень напряжения металла и снимают с состава сплавов разнообразные неоднородные вещества, которые могли попасть в структуру металлического элемента при осуществлении предыдущих процессов обработки. Отжиг воздействует на улучшение структурного состояния материала.

Такой процесс термической обработки металлов и сплавов, в зависимости от индивидуальных особенностей проведения технологических операций, разделяют на отжиг первого рода, гомогенизационная обработка, вторичное отжигание заготовки, рекристаллизационные операции, полный отжиг.

Также существуют такие подвиды рабочих процессов по отжиганию металла, как неполный отжиг, диффузионный, изотермический, сфероизодирующий и светлый.

Распространенным процессом работы со сталью является нормализация, которая также осуществляется при помощи высокотемпературной обработки металлов.

Закалка применяется для получения неравновесной структурной основы металлического изделия. В процессе закаливания заготовка нагревается до необходимого температурного уровня, далее выдерживается определенное время в таком состоянии и охлаждается. Результатом данной процедуры является увеличение прочности материала и его твердости, а также уменьшаются пластичные свойства металла.

Такие типы термической обработки металлов и сплавов, как отпуск и старение, а также обработка холодом, являются обязательными этапами технологического процесса.

Процедура отпуска, завершая процесс термической обработки изделия, формирует структурный состав материала и его основные свойства. Процесс старения осуществляется без глобальной перемены микроструктурного состояния стали.

Обработка холодом – самый новый вид термической обработки металлов, который осуществляется путем охлаждения материала до максимально низких температур.

Оборудование для термической обработки металлов и сплавов

Основным оборудованием для термической обработки металлов являются температурные печи.

Основными особенностями термообрабатывающих комплексов считают возможность загружать и выгружать металлическое сырье из рабочего сектора печи без снижения температурного режима.

Оборудование для выполнения процедур по закалке металла, его отжига и отпуска, обладает высокими ударопрочными качествами и оснащены специальными защитными приспособлениями, для ограждения нагревательных устройств от механического повреждения.

Главным преимуществом именно печей для закалки материала, в сравнении с другими видами приспособлений для термического воздействия на металл, является их доступная стоимость. Но, при  этом, существуют некоторые недоработки в конструкции такого оборудования, которые усложняют процесс загрузки и выгрузки сырьевой массы

Источник: https://promplace.ru/termicheskaya-obrabotka-metallov-i-splavov-1151.htm

Для чего нужна термообработка?

Надежность и долговечность оборудования, металлоконструкций и трубопроводов находятся в непосредственной зависимости от качества изготовления составляющих их элементов, деталей и узлов.

В процессе эксплуатации последние подвергаются воздействию статических, динамических и циклических нагрузок, влиянию агрессивных сред, работают при экстремально высоких и низких температурах, находятся в условиях интенсивного износа.

Таким образом, эксплуатационная надежность металлоизделий находится в прямой зависимости от прочности, износостойкости, термо- и коррозионной стойкости составляющих их элементов.

В целях повышения этих характеристик необходимо правильно выбирать материалы деталей, совершенствовать их конструкцию, устранять неточности сборки, улучшать методы холодной и горячей обработки.

Для современного производства характерны высокие требования к свойствам материалов, обусловленные постоянным ростом производства, повышением производительности технологических процессов и связанной с ними необходимости изготовления крупногабаритного и сложного оборудования (реакторов, колонн, емкостей, теплообменников, фильтров). В связи с возрастающей интенсивностью нагружения производственного оборудования, например, печного (змеевиков печей) или динамического (компрессоров, насосов), важной задачей становится увеличение их срока эксплуатации и межремонтного цикла за счет использования более качественных материалов. Повышение рабочего давления и увеличение диаметров технологических трубопроводов, предназначенных для транспортировки агрессивных газообразных и жидких сред и эксплуатирующихся в сложных климатических условиях, влечет за собой применение новых материалов и высокотехнологических способов получения и обработки труб.

Читайте также:  Характеристики электродов монолит рц

Этим высоким требованиям лишь в редких случаях могут отвечать материалы в состоянии поставки. Основная часть ответственных конструкционных элементов нуждается в упрочнении или стабилизации эксплуатационных свойств, не изменяющихся с течением времени, поэтому одним из способов повышения механических и физико-химических свойств металлических материалов является термическая обработка.

Термической обработкой металлов (термообработкой) называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлов и металлических сплавов.

Термообработку проводят с целью изменения структуры и соответственно свойств металлов и сплавов в заданном направлении.

Термическая обработка применяется для целенаправленного изменения структуры материала, а именно, фазового состава и перераспределения компонентов, размеров и формы кристаллических зерен, вида дефектов, их количества и распределения, что позволяет, в конечном счете, достаточно легко получать требуемые свойства материалов.

Следует отметить, что изменение структуры и соответственно свойств возможно не только под воздействием тепла, но и под влиянием других внешних факторов, например, при проведении химической, механической, радиационной, электромеханической и других видов обработки.

Важно помнить, что свойства металлов и сплавов зависят не только от их структуры, но и от их химического состава, который формируется в ходе проведения металлургических и литейных процессов.

При термической обработке химический состав остается неизменным, лишь иногда при неправильно выбранном составе защитной среды и температурно-временных параметров термообработки изменяется химический состав на поверхности заготовок и изделий в результате протекания процессов обезуглероживания, науглероживания или окисления. В данной статье влияние химического состава на изменение различных свойств металлов и сплавов не рассматривается.

Задачами термической обработки являются ликвидация внутренних напряжений в металлах и сплавах, улучшение обрабатываемости резанием или давлением, повышение механических и эксплуатационных свойств и др..

Термической обработке подвергают заготовки, полуфабрикаты и готовые изделия. Номенклатура изделий, чрезвычайно широка – от крепежных изделий до крупнейших отливок и поковок статического и динамического нефтехимического оборудования.

Термической обработке подвергают стали, чугуны и сплавы на основе цветных металлов. Так, например, в химическом машиностроении основную долю обрабатываемых сталей составляют углеродистые стали Ст3, сталь 20 и др.

(> 50%), доля низколегированных сталей типа 09Г2С, 16ГС, 12ХМ составляет ~ 20%, а коррозионностойких сталей – 26 – 28%. Среди чугунов чаще всего применяют высокопрочный и ковкий чугуны.

Наиболее распространенными сплавами на основе цветных металлов являются сплавы на основе никеля, титана, алюминия и меди.

Необходимо понимать, что для одного и того же материала, т.е. материала с одним химическим составом, благодаря проведению различных режимов термической обработки можно получить несколько разных структур, обладающих абсолютно различными свойствами.

Улучшение механических свойств с помощью термообработки дает возможность шире использовать сплавы более простых составов.

Термообработкой можно увеличить допускаемые напряжения, уменьшить массу деталей и механизмов, повысить их надежность и долговечность.

Термическую обработку металлов и сплавов проводят обычно в тех случаях, когда имеют место:

  • полиморфные превращения в металле;
  • ограниченная и переменная (увеличивающаяся с температурой) растворимость в твердом состоянии одного компонента в другом;
  • изменение строения под влиянием холодной пластической деформации.

В основе современной классификации видов термической обработки лежат представления о фазовых и структурных изменениях в сплаве.

Термическая обработка подразделяется на собственно термическую, термомеханическую и химико-термическую.

Собственно термическая обработка включает в себя следующие основные виды: отжиг 1-го рода, отжиг 2-го рода, закалку, отпуск. Нормализация несколько выпадает из общей классификации, т.к. имеет особенности при применении к сталям разной степени легированности.

Все виды термической обработки отличаются друг от друга температурой нагрева, продолжительностью выдержки при этой температуре и скоростью охлаждения по окончании выдержки.

Отжиг 1-го рода включает в себя гомогенизационный (диффузионный) отжиг, рекристаллизационный отжиг, отжиг для снятия напряжений.

Гомогенизационный отжиг необходим для выравнивания химического состава сталей, для устранения последствий дендритной ликвации.

Рекристаллизационный отжиг используют в промышленности как первоначальную операцию перед холодной обработкой давлением (для придания материалу наибольшей пластичности), как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования (для снятия наклепа) и как окончательную термическую обработку для придания полуфабрикату или изделию необходимых свойств. Отжиг для снятия напряжений применяют для литых, кованых и катаных заготовок, деталей после обработки резанием, шлифовки, сварки, термообработки с целью полного или частичного снятия остаточных макронапряжений в изделиях, которые могут вызывать искажение формы (коробление) и изменение размеров изделия во время его обработки, эксплуатации и хранения.

Отжиг 2-го рода подразделяют на полный отжиг, неполный отжиг, изотермический отжиг, сфероидизацию, нормализацию.

Полный отжиг применяют, главным образом, при обработке доэвтектоидных и эвтектоидных сталей с целью получения равномерной мелкозернистой структуры, снижения уровня напряжений, твердости и прочности, улучшения обрабатываемости резанием.

Неполный отжиг используют для доэвтектоидных сталей для смягчения их перед обработкой резанием. Изотермический отжиг чаще применяют для легированных сталей для получения однородной структуры требуемой дисперсности с заданным уровнем свойств, а также для улучшения обрабатываемости сталей резанием.

Сфероидизация представляет собой отжиг на зернистый перлит, структура которого имеет наименьшую твердость и обеспечивает наилучшую деформируемость сталей при волочении, глубокой вытяжке, холодной прокатке.

В случае использования нормализации как предварительной обработки ее цели те же, что и при отжиге: получение равновесной мелкозернистой структуры, снижение твердости для последующей механической обработки.

В заэвтектоидных сталях нормализация является единственным способом устранения грубой и хрупкой сетки цементита. Нормализацию как окончательную термообработку применяют для среднеуглеродистых машиностроительных сталей, строительных сталей и теплостойких сталей перлитного класса.

Закалку применяют для получения максимальной твердости, прочности и износостойкости изделий.

Отпуск проводят для приведения закаленного сплава в более устойчивое структурное состояние, снятия внутренних напряжений, повышения вязкости и пластичности.

По количеству проводимых операций термообработка может быть простой и состоять из одной из указанных операций или может быть сложной и состоять из нескольких операций.

По объему нагреваемого изделия термическая обработка может быть как полной (иначе объемной), т.е. нагреву подвергается все изделие, так и местной, когда нагревается локальный участок изделия.

По назначению термическую обработку подразделяют на предварительную и окончательную.

Цель предварительной (иначе промежуточной) обработки – предотвращение появления дефектов (флокенов, трещин) в металле после его обработки давлением в горячем состоянии и снижение твердости металла для облегчения проведения последующей механической обработки, например, обработки резанием, а также уменьшение остаточных напряжений и подготовки структуры под окончательную термическую обработку.

При окончательной термической обработке в металле формируется необходимая структура, обеспечивающая получение требуемого уровня физико-механических свойств готового изделия.

Качество термической обработки определяют следующие основные критерии:

  • обеспечение требуемых свойств материала;
  • сведение к минимуму побочных явлений – нежелательного изменения геометрических параметров изделий (формы, размеров, состояния поверхности) или нарушения сплошности материала;
  • обеспечение высоких технико-экономических показателей термического передела.

При незначительных затратах на термическую обработку (обычно не превышающих 2 – 4% полной себестоимости) результаты ее могут оказывать большое влияние на трудоемкость и стоимость работ на смежных участках производства.

В связи с этим многие производители предпочитают не проводить термическую обработку, что позволяет им сократить технологический процесс изготовления изделия. Иногда это и с научной, и с практической точки зрения оправдано, но иногда – нет.

Термическая обработка должна стать обязательной в тех случаях, когда снижение рабочих характеристик изделия, а также высокий уровень остаточных напряжений могут превысить допустимые пределы и привести к катастрофическому и необратимому разрушению металла.

В связи с этим надо не только тщательно продумывать технологические процессы объемной и местной термической обработки, но и строго соблюдать их режимы, добиваясь получения оптимальных структур и высокого уровня физико-механических и эксплуатационных свойств в изделиях с целью обеспечения их длительной и надежной работы.

Источник: http://nord-group.su/dlya-chego-nuzhna-termoobrabotka-/

Химико-термическая обработка металлов и сплавов

Химико-термическая обработка (ХТО) — нагрев и выдержка металлических (а в ряде случаев и неметаллических) материалов при высоких температурах в химически активных средах (твердых, жидких, газообразных).

Химико термический метод

Химико термическая методика предназначена для изменения состава стали в определенном слое. К этой группе методов относятся:

цементация – обогащение углеродом (науглероживание) поверхностного слоя стали. С помощью этого метода получают изделие с комбинированными свойствами: мягкой сердцевиной и твердым поверхностным слоем;

азотирование – обогащение поверхностного слоя азотом для повышения коррозионной стойкости, усталостной прочности изделия;

борирование – насыщение поверхностного слоя металла бором. Боридный слой придает изделию повышенную износостойкость особенно при сухом скольжении и трении. Кроме того борирование практически исключает схватываемость (или свариваемость) деталей в холодном состоянии. Борированные детали отличаются высокой стойкостью к кислотам и щелочам;

алитирование — насыщение алюминием. Применяется для придания стали стойкости к агрессивным газам (серный ангидрид, сероводород);

хромирование – насыщение поверхностного слоя хромом. Хромирование малоуглеродистых сталей практически не влияет на их прочностные характеристики. Хромирование сталей с более высоким содержанием хрома называется твердым хромированием, так как в результате операции на поверхности детали образуется карбид хрома, обладающий:

высокой твердостью;

окалиностойкостью;

коррозионной стойкостью;

повышенной износостойкостью;

Углеродистые стали

Классификация углеродистых сталей

Углеродистые стали классифицируют: — по структуре — по способу получения — по степени раскисления — по качеству

— по назначению

По структуре углеродистые стали подразделяют на: — доэвтектоидные (содержат менее 0,8% С) — эвтектоидные (0,8% С)

— заэвтектоидные (С более 0,8%)

По способу получения углеродистые стали разделяют на: — кислородно-конвертерные — мартеновские

— электростали

По степени раскисления углеродистые стали бывают: — спокойные — полуспокойные

— кипящие

По качеству (качество определяется содержанием вредных примесей в стали) углеродистые стали разделяют на: — стали обыкновенного качества

— качественные стали

По назначению углеродистые стали разделяют на: — конструкционные

— инструментальные

Стали классификация сталей

Сталь — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2,14%) и другими элементами. Получают, главным образом, из смеси чугуна со стальным ломом в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах. Сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, называют чугуном.

99% всей стали — материал конструкционный в широком смысле слова: включая стали для строительных сооружений, деталей машин, упругих элементов, инструмента и для особых условий работы — теплостойкие, нержавеющие, и т.п.

Классификация сталей и сплавов производится:

по химическому составу;

по структурному составу;

по качеству (по способу производства и содержанию вредных примесей);

по степени раскисления и характеру затвердевания металла в изложнице;

по назначению.

Химический состав
По химическому составу углеродистые стали делят в зависимости от содержания углерода на следующие группы:

малоуглеродистые — менее 0,3% С;

среднеуглеродистые — 0,3…0,7% С;

высокоуглеродистые — более 0,7 %С.

Для улучшения технологических свойств стали легируют.

Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Сr, Ni, Мо, Wo, V, Аl, В, Тl и др.

), а также Mn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.

В легированных сталях их классификация по химическому составу определяется суммарным процентом содержания легирующих элементов:

низколегированные — менее 2,5%;

среднелегированные — 2,5…10%;

высоколегированные — более 10%.

Структурный состав
Легированные стали и сплавы делятся также на классы по структурному составу:

в отожженном состоянии — доэвтектоидный, заэвтектоидный, ледебуритный (карбидный), ферритный, аустенитный;

в нормализованном состоянии — перлитный, мартенситный и аутенитный.

К перлитному классу относят углеродистые и легированные стали с низким содержанием легирующих элементов, к мартенситному — с более высоким и к аустенитному — с высоким содержанием легирующих элементов.

Читайте также:  Свойства и сферы применения пищевой нержавеющей стали

Классификация стали по содержанию примесей

По качеству, то есть по способу производства и содё примесей, стали и сплавы делятся на четыре группы
Классификация сталей по качеству

Группа S, % Р, %
Обыкновенного качества (рядовые) менее 0,06 менее 0,07
Качественные менее 0,04 менее 0,035
Высококачественные менее 0,025 менее 0,025
Особовысококачественные менее 0,015 менее 0,025

Стали обыкновенного качества

Стали обыкновенного качества (рядовые) по химическому составу -углеродистые стали, содержащие до 0,6% С. Эти стали выплавляются в конвертерах с применением кислорода или в больших мартеновских печах. Примером данных сталей могут служить стали СтО, СтЗсп, Ст5кп.
Стали обыкновенного качества, являясь наиболее дешевыми, уступают по механическим свойствам сталям других классов.

Стали качественные

Стали качественные по химическому составу бывают углеродистые или легированные (08кп, 10пс, 20). Они также выплавляются в конвертерах или в основных мартеновских печах, но с соблюдением более стро-гих требований к составу шихты, процессам плавки и разливки.

Углеродистые стали обыкновенного качества и качественные по степени раскисления и характеру затвердевания металла в изложнице делятся на спокойные, полуспокойные и кипящие. Каждый из этих сортов отличается содержанием кислорода, азота и водорода.

Так в кипящих сталях содержится наибольшее количество этих элементов.

Стали высококачественные

Стали высококачественные выплавляются преимущественно в электропечах, а особо высококачественные — в электропечах с электрошлаковым переплавом (ЭШП) или другими совершенными методами, что гарантирует повышенную чистоту по неметаллическим включениям (содержание серы и фосфора менее 0,03%) и содержанию газов, а следовательно, улучшение механических свойств. Это такие стали как 20А, 15Х2МА.

Стали особовысококачественные

Особовысококачественные стали подвергаются электрошлаковому переплаву, обеспечивающему эффективную очистку от сульфидов и оксидов. Данные стали выплавляются только легированными. Их производят в электропечах и методами специальной электрометаллургии. Содержат не более 0,01% серы и 0,025% фосфора. Например: 18ХГ-Ш, 20ХГНТР-Ш.

Классификация стали по назначению

По назначению стали и сплавы классифицируются на конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими и химическими свойствами.

Конструкционные стали

Конструкционные стали принято делить на строительные, для холодной штамповки, цементируемые, улучшаемые, высокопрочные, рессорно-пружинные, шарикоподшипниковые, автоматные, коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные, износостойкие стали.

Строительные стали

К строительным сталям относятся углеродистые стали обыкновенного качества, а также низколегированные стали. Основное требование к строительным сталям — их хорошая свариваемость. Например: С255, С345Т, С390К, С440Д.

Стали для холодной штамповки

Для холодной штамповки применяют листовой прокат из низкоуглеродистых качественных марок стали 08Ю, 08пс и 08кп.

Цементируемые стали

Цементируемые стали применяют для изготовления деталей, работающих в условиях поверхностного износа и испытывающих при этом динамические нагрузки. К цементируемым относятся малоуглеродистые стали, содержащие 0,1-0,3% углерода (такие, как 15, 20, 25), а также некоторые легированные стали (15Х, 20Х, 15ХФ, 20ХН 12ХНЗА, 18Х2Н4ВА, 18Х2Н4МА, 18ХГТ, ЗОХГТ, 20ХГР).

Улучшаемые стали

К улучшаемым сталям относят стали, которые подвергают улучшению — термообработке, заключающейся в закалке и высоком отпуске. К ним относятся среднеуглеродистые стали (35, 40, 45, 50), хромистые стали (40Х, 45Х, 50Х), хромистые стали с бором (ЗОХРА, 40ХР), хромоникелевые, хромокремниемарганцевые, хромоникельмолибденовые стали.

Высокопрочные стали

Высокопрочные стали — это стали, у которых подбором химического состава и термической обработкой достигается предел прочности примерно вдвое больший, чем у обычных конструкционных сталей. Такой уровень прочности можно получить в среднеуглеродистых легированных сталях — таких, как ЗОХГСН2А, 40ХН2МА, ЗОХГСА, 38ХНЗМА, ОЗН18К9М5Т, 04ХИН9М2Д2ТЮ.

Пружинные стали

Пружинные (рессорно-пружинные) стали сохраняют в течение длительного времени упругие свойства, поскольку имеют высокий предел упругости, высокое сопротивление разрушению и усталости. К пружинным относятся углеродистые стали (65, 70) и стали, легированные элементами, которые повышают предел упругости — кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадием, бором (60С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР).

Подшипниковые стали

Подшипниковые (шарикоподшипниковые) стали имеют высокую прочность, износоустойчивость, выносливость. К подшипниковым предъявляют повышенные требования на отсутствие различных включений, макро- и микропористости. Обычно шарикоподшипниковые стали характеризуются высоким содержанием углерода (около 1%) и наличием хрома (ШХ9, ШХ15).

Автоматные стали

Автоматные стали используют для изготовления неответственных деталей массового производства (винты, болты, гайки и др.)> обрабатываемых на станках-автоматах.

Эффективным металлургическим приемом повышения обрабатываемости резанием является введение в сталь серы, селена, теллура, а также свинца, что способствует образованию короткой и ломкой стружки, а также уменьшает трение между резцом и стружкой.

Недостаток автоматных сталей — пониженная пластичность. К автоматным сталям относятся такие стали, как А12, А20, АЗО, А40Г, АС11, АС40, АЦ45Г2, АСЦЗОХМ, АС20ХГНМ.

Износостойкие стали

Износостойкие стали применяют для деталей, работающих в условиях абразивного трения, высокого давления и ударов (крестовины железнодорожных путей, траки гусеничных машин, щеки дробилок, черпаки землеройных машин, ковши экскаваторов и др.)- Пример износостойкой стали — высокомарганцовистая сталь 110Г13Л.



Источник: https://infopedia.su/3x68f7.html

Термическая обработка. Термическая обработка металлов и сплавов производится с целью улучшения их служебных свойств. Виды термической обработки: Отжиг. — презентация

1 Термическая обработка<\p>

2 Термическая обработка металлов и сплавов производится с целью улучшения их служебных свойств. Виды термической обработки: Отжиг -Диффузионный -Полный -Специальный -Рекристаллизационный Нормализация Закалка -С полиморфным превращением -Без полиморфного превращения Отпуск -Низкий -Средний -Высокий<\p>

3 Отжиг Процесс отжига заключается в нагреве стальных из­делий, последующей их выдержке при температуре нагрева в течение заданного времени и медленном охлаждении. Продолжительность данных операций зависит от величины отжигаемых изделий и марки стали. Отжиг стали применяют для устранения хрупкости и повыше­ ния вязкости металла после волочения или вальцевания; снятия внутренних напряжений в металле (например, после ковки) и сни­жения его способности к образованию трещин при последующей обработке.<\p>

4 Гомогенизирующий (диффузионный) отжиг Диффузионный отжиг применяется в основном для слитков и крупных отливок из легированной стали для выравнивания химической неоднородности и уменьшения ликвации. Отжиг осуществляется путем нагрева на ° С выше точки Ас 3, длительной выдержки при этой температуре и последующего охлаждения с заданной скоростью. При диффузионном отжиге получается крупнозернистая структура. Для получения мелкозернистой структуры после диффузионного отжига приходится производить обычный полный отжиг. Недостаток: крупное зерно аустенита которое приводит к повышению хрупкости.<\p>

5 Полный отжиг Полный отжиг производят путем нагрева стали на 3050° С выше критической точки Ас 3, выдержкой при этой температуре и медленным охлаждением до ° С со скоростью 200° С в час углеродистых сталей, 100° С в час для низколегированных сталей и 50° С в час для высоколегированных сталей. Структура стали после отжига равновесная, устойчивая. Доэвтектоидная сталь имеет структуру: феррит и перлит. Эвтектоидная сталь имеет структуру перлит, а заэвтектоидная перлит и цементит. На конечную структуру стали оказывает большое влияние скорость охлаждения. Чем больше скорость охлаждения, тем мельче будут зерна перлита и тем меньше будет выделяться избыточного феррита или цементита. Полному отжигу подвергают горячедеформируемую сталь поковки, штампованные детали, прокат, а также слитки и фасонные отливки из простой и легированной стали.<\p>

6 Специальный (Отжиг на зернистый цементит) Специальный отжиг проводится для инструментальных сталей с целью разрушения хрупкой цементитной сетки. Отжиг на глобулярный (зернистый) цементит является особенно важным для заэвтектоидных сталей, в которых, кроме эвтектоидного (перлитного) цементита, имеется еще избыточный, вторичный цементит. При этом виде отжига в заэвтектоидных сталях в виде зернышек должен получаться не только тот цементит, который входит в перлит, но и избыточный цементит, так что в такой заэвтектоидной стали уже не видно никакой сетки избыточного цементита. (Отжиг осуществляется путем нагрева до 707°-747°С) В силу естественного стремления поверхности принять минимальные размеры весь цементит (и избыточный и эвтектоидный) представляется в виде зернышек. После такого отжига заэвтектоидная сталь по микроструктуре похожа на эвтектоидную. Механические свойства сталей (особенно заэвтектоидных) при отжиге на зернистый цементит существенно изменяются: пластичность увеличивается, а прочность и твердость снижаются. Это облегчает обработку резанием. Однако при некоторых видах механически обработки резанием стали с зернистым цементитом чистота обрабатываемой поверхности ухудшается.<\p>

7 Рекристаллизационный отжиг Рекристаллизация заключается в том, что, начиная с некоторой температуры, при нагреве происходит интенсивное перемещение атомов в металле, что влечет за собой изменение формы и величины деформированных кристаллических зерен. (Отжиг осуществляется путем нагрева до 600°С) В процессе рекристаллизации происходят превращения, аналогичные тем, которые происходят при первичной кристаллизации и вторичной перекристаллизации, т. е. зарождаются новые центры кристаллов и происходит одновременно их рост. Взамен вытянутых, расплющенных зерен, образуются мелкие, сфероидальные зерна, повышаются пластические свойства, металлу возвращаются исходные свойства.<\p>

8 Нормализация Нормализация — термообработка, при которой сталь охлаждается не в печи, как при отжиге, а на воздухе в цехе. Нагрев ведется до полной перекристаллизации (на o выше точек Аc3 и Аст), в результате сталь приобретает мелкозернистую, однородную структуру. Твердость, прочность стали после нормализации выше, чем после отжига. Структура низкоуглеродистой стали после нормализации феррито-перлитная, такая же, как и после отжига, а у средне- и высокоуглеродистой стали – сорбитная; нормализация может заменить для первой – отжиг, а для второй – закалку с высоким отпуском. Часто нормализацией подготавливают сталь для закалки. Термообработку некоторых марок углеродистой, легированных сталей заканчивают нормализацией.<\p>

9 Закалка Закалка вид термической обработки изделий из металлов и сплавов, заключающийся в их нагреве выше критической температуры, с последующим быстрым охлаждением, как правило, в жидкости (воде или масле). Материал, подвергшийся закалке приобретает большую твердость, но становится хрупким, менее пластичным и вязким, если сделать большее количество повторов нагревание- охлаждение. Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости, после закалки с полиморфным превращением применяют отпуск. После закалки без полиморфного превращения применяют старение. При отпуске имеет место некоторое снижение твердости и прочности материала.<\p>

10 Полная и неполная закалка В зависимости от температуры нагрева, закалку подразделяют на полную и неполную. В случае полной закалки материал нагревают выше линии GSE, в этом случае сталь приобретает структуру аустенит. При неполной закалке производят нагрев выше линии PSK диаграммы, что приводит к образованию избыточных фаз по окончании закалки. Неполная закалка, как правило, применяется для инструментальных сталей<\p>

11 Способы закалки Закалка в одном охладителе нагретую до определённых температур деталь погружают в закалочную жидкость, где она остаётся до полного охлаждения. Этот способ применяется при закалке несложных деталей из углеродистых и легированных сталей. Прерывистая закалка в двух средах этот способ применяют при закалке высокоуглеродистых сталей. деталь сначала быстро охлаждают в быстро охлаждающей среде (например воде), а затем в медленно охлаждающей (масло). Струйчатая закалка заключается в обрызгивании детали интенсивной струёй воды и обычно её применяют тогда, когда нужно закалить часть детали. При этом способе не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем простая закалка в воде. Такая закалка обычно производится в индукторах на установках ТВЧ. Ступенчатая закалка закалка, при которой деталь охлаждается в закалочной среде, имеющей температуру выше мартенситной точки для данной стали. При охлаждении и выдержке в этой среде закаливаемая деталь должна приобрести во всех точках сечения температуру закалочной ванны. Затем следует окончательное, обычно медленное, охлаждение, во время которого и происходит закалка, то есть превращение аустенита в мартенсит. Изотермическая закалка. В отличие от ступенчатой при изотермической закалке необходимо выдерживать сталь в закалочной среде столько времени, чтобы успело закончиться изотермическое превращение аустенита.<\p>

12 Закалка с полиморфным превращением Этот вид закалки применяется для сплавов, в которых один из компонентов имеет полиморфные превращения. При закалке с полиморфным превращением нагрев металла производится до температуры, при которой происходит смена типа кристаллической решетки в основном компоненте. Образование высокотемпературной полиморфной структуры сопровождается увеличением растворимости легирующих элементов. Последующее резкое охлаждение ведет к обратному изменению типа кристаллической решетки, однако из-за быстрого охлаждения в твердом растворе остается избыточное содержание атомов других компонентов, поэтому после такого охлаждения образуется неравновесная структура. В металле сохраняются внутренние напряжения. Они вызывают резкое изменение свойств, увеличивается прочность, уменьшается пластичность. При быстром охлаждении перестройка кристаллической решетки происходит за счет одновременного смещения целы групп атомов. В результате вместо обычных зерен в металле появляется игольчатая структура, которая называется мартенситом. Неравновесное состояние металла после такого типа закалки является термодинамически неустойчивым. Поэтому, чтобы перевести металл в более устойчивое состояние, получить необходимый уровень внутренних напряжений, а соответственно и необходимые механические свойства, применяют дополнительную термообработку, которую называют отжиг.<\p>

13 Закалка без полиморфного превращения Применяется для сплавов, не испытывающих полиморфных превращений, но имеющих ограниченную растворимость одного компонента в другом. Если сплав, содержащий вторичные фазы, нагреть до температуры выше линии солидус, то увеличение растворимости приведет к растворению вторичных фаз. Если теперь такой твердый раствор быстро охладить, то выделение вторичных фаз образоваться не успеет, т.к. для этого требуется время на прохождение процесса диффузии, образование другой кристаллической решетки, границ раздела между фазами. В результате, при нормальной температуре пересыщенный метастабильный твердый раствор содержит избыток второго компонента. Такое изменение структуры изменяет свойства сплава, прочность может,как увеличиться, так и уменьшиться, а пластичность, как правило, увеличивается. Состояние металла после такой закалки является термодинамически неустойчивым. Самопроизвольно или под влиянием предварительного нагрева метастабильный твердый раствор начинает распадаться с выделением вторичной фазы. Этот процесс называется старением. Таким образом, старение – это термообработка, которая проводится после закалки без полиморфного превращения, направленная на получение в сплаве более равновесной структуры и заданного уровня свойств.<\p>

14 Отпуск Отпуск технологический процесс, заключающийся в термической обработке закалённого на мартенсит сплава или металла, при которой основными процессами являются распад мартенсита, а также полигонизация и рекристаллизация. Отпуск проводят с целью получения более высокой пластичности и снижения хрупкости материала при сохранении приемлемого уровня его прочности. Для этого изделие подвергается нагреву в печи до температуры от 150°C-260°C до 370°C-650°C с последующим медленным остыванием.<\p>

15 Низкий отпуск Низкий отпуск отпуск мартенсита на низких температурах (180250°С). Применяется после закалки для инструментальных, подшипниковых сталей, малоуглеродистых сталей после цементации для изготовления деталей и инструментов, работающих на износ, от которых требуется высокая твёрдость. Цель низкого отпуска уменьшение остаточных закалочных напряжений. Температуру низкого отпуска выбирают такой, чтобы твёрдость и износостойкость практически не снижалась. Выдержка при температуре низкого отпуска обычно превышает 1…3 часа. Структура мартенсита. (60-70 HRC)<\p>

16 Средний отпуск Средний отпуск — производят при температуре °С. Ускоряются диффузионные процессы, происходит выделение избыточных атомов углерода в виде цементита, т.е. мартенсит распадается на феррито-цементитную смесь. После среднего отпуска структура состоит из равновесного феррита и дисперсных включений цементита, такая структура называется зернистый троостит отпуска. HRC 40-45, высокие пределы упругости и выносливости. Обычно для пружинно-рессорных сталей. Структура троостита. (40-45 HRC)<\p>

17 Высокий отпуск Высокий отпуск применяется для деталей, в которых необходимо сочетание высокой ударной вязкости и достаточной прочности – это детали машин, работающие с ударными и знакопеременными нагрузками. При этом образуется сорбит. Сорбит представляет собой зёрна феррита с огромным количеством точечных и округлых выделений карбидов, равномерно распределенных по объему стали. Твердость 20 –25 НRС. Высокий отпуск производят при температурах до 500°-600°С. Структура сорбита. (20-25 HRC)<\p>

Источник: http://www.myshared.ru/slide/981557/

Термическая обработка Основы термической обработки металлов и сплавов

Термическая обработка Основы термической обработки металлов и сплавов

Термическая обработка • это технологический процесс тепловой обработки заготовок, деталей машин и инструмента, в результате которой изменяется микроструктура материала, а вместе с ней механические, физикохимические и технологические свойства.

• Термической обработке подвергают заготовки, поковки, штамповки, а также готовые детали и инструмент для придания им необходимых свойств: • Твердости • Прочности • Износостойкости • Упругости • Снятия внутренних напряжений • улучшения обрабатываемости.

Сущность термической обработки • нагрев металла до температуры, которая несколько выше или ниже критических температур, выдержке при этих температурах и быстром или медленном охлаждении.

• При быстром охлаждении увеличиваются твердость, износостойкость, упругость и т. д. • При медленном охлаждении пластичность, ударная вязкость, обрабатываемость. • В зависимости от способа нагрева и глубины прогрева превращения происходят по всему сечению или только в поверхностных слоях обрабатываемых деталей.

Способы термической обработки сталей • объемная термическая обработка сталей (закалка, отпуск, отжиг, нормализация); • поверхностная термическая обработка стали; • химико-термическая обработка; • электротермическая обработка; • термомеханическая обработка

Режим термической обработки • Процесс термической обработки состоит из операций нагрева изделия, выдержки при данной температуре и охлаждения с определенной скоростью. • Параметры технологического процесса термической обработки — максимальная температура нагрева сплава, время выдержки при данной температуре и скорости нагрева и охлаждения.

• Различают технически возможную и технически допустимую скорости нагрева для каждой детали или партии деталей.

• Технически возможная скорость нагрева зависит от способа нагрева, типа нагревательных устройств, формы и расположения изделий, массы одновременно нагреваемых деталей и других факторов.

• Технически допустимая, или технологическая, скорость нагрева зависит от химического состава сплава, структуры, конфигурации изделия и интервала температур, при которых ведется нагрев.

• Время выдержки — это время, необходимое для полного выравнивания температур по всему объему изделий и для завершения всех фазовых и структурных превращений. • Охлаждение — это завершающий процесс, осуществляемый с целью получения нужной структуры с необходимыми механическими свойствами.

• В зависимости от температуры нагрева и скорости охлаждения различают следующие основные виды термической обработки: • Отжиг • Нормализация • Закалка с последующим отпуском.

ОТЖИГ И НОРМАЛИЗАЦИЯ

Отжиг • Это разупрочняющая обработка деталей и заготовок, заключающаяся в нагреве до определенной температуры в пределах критических точек и последующем медленном охлаждении вместе с печью. • Назначение отжига — устранение структурной неоднородности в деталях и заготовках, полученных обработкой давлением, литьем, ковкой и сваркой, и перекристаллизация структур деталей.

Различают отжиг первого и второго рода • Отжиг первого рода — это нагрев деталей и заготовок с неравновесной структурой для получения стабильно равновесной структуры. • Отжиг второго рода — это нагрев деталей и заготовок выше критических температур с последующим медленным охлаждением для получения устойчивого состояния структуры.

Виды отжига • • • Полный Неполный Низкотемпературный Изотермический Выравнивающий Диффузионный

Полный отжиг • подвергают штамповки, поковки и отливки из доэвтектоидной и заэвтектоидной стали для перекристаллизации их деформированной микроструктуры.

После полного отжига • твердость понижается • ударная вязкость, прочность и пластичность повышаются • улучшается обрабатываемость резанием и снимаются внутренние напряжения.

Неполный отжиг • применяют в основном для деталей и заготовок из заэвтектоидных сталей. Для доэвтектоидных сталей применяют для поковок, штамповок и отливок.

• снижаются внутренние напряжения • понижается твердость • увеличивает пластичность и ударную вязкость. • улучшается обрабатываемость резанием • предотвращают коробление и образование микротрещин

Низкотемпературный отжиг • низкотемпературному отжигу подвергают заготовки с целью снятия внутренних напряжений, улучшения обрабатываемости резанием, волочением

Изотермический отжиг • подвергают детали небольших сечений из легированных и углеродистых сталей. • В процессе этой термической операции понижается твердость, увеличивается прочность и пластичность и улучшается обрабатываемость резанием различными технологическими операциями.

Дефекты при отжиге • Перегрев возникает при несоблюдении температурного режима при высоких температурах и при технологически необоснованной длительной выдержке в печи. • Перегрев является исправимым дефектом.

Обезуглероживание и окисление • Происходит при отжиге в соляных ваннах, электрических и пламенных печах • Обезуглероживание понижает прокаливаемость, обусловливает невосприимчивость к закалке, снижает усталостную прочность, ухудшает химические свойства поверхностей деталей.

Нормализация • незначительно понижаются твердость, прочность, повышаются пластичность и ударная вязкость, улучшается обрабатываемость резанием.

ЗАКАЛКА И ОТПУСК

Закалка • Закалкой называется нагрев стали до температуры выше критических, выдержка при этой температуре и последующее быстрое охлаждение. • В результате закалки повышаются твердость, прочность, упругость, износостойкость и другие механические свойства.

• Главная цель закалки сохранение равномерной растворимости углерода путем фиксации микроструктуры. • Основное назначение закалки — получение высокой твердости, износостойкости, повышенной прочности, упругости и уменьшение пластичности.

• В процессе закалки изменяются: • механические свойства (твердость, ударная вязкость) • физические свойства (магнитность, электрическое сопротивление и др. ) • химические свойства (однородность по химическому составу, коррозионная стойкость).

режимы термообработки • • температура нагрева; скорость нагрева и время выдержки; среда нагрева; скорость охлаждения.

Выбор температуры закалки • Температура нагрева для закалки теоретически определяется по диаграмме Fe — Fе 3 С. Для углеродистых сталей она должна быть выше линии GSK на 30. . . 50°С • Для легированных сталей температура нагрева для закалки определяется тремя методами: диаметрическим, магнитным или пробной закалкой.

Режимы нагрева и охлаждения • Время нагрева зависит от сечения деталей и заготовок, конструкции и мощности нагревательных устройств. • От среды в нагревательных устройствах (горн, печи, ванны) зависят скорость нагрева и побочные (отрицательные) явления. К отрицательным относятся обезуглероживание и окисление закаливаемых деталей.

• При соблюдении технологически обоснованных режимов нагрева, выдержки и охлаждения исключается появление больших внутренних напряжений, образование трещин и других дефектов закалки. • От скорости охлаждения при закалке зависят структура и свойства закаливаемых деталей.

Закалочные среды • Закалочная среда, ее охлаждающая способность обеспечивают фиксирование равномерного растворения углерода во вновь образованной микроструктуре распада аустенита. • Для получения полной закалки применяют охладители с различной охлаждающей способностью.

• В качестве закалочных сред применяются следующие растворы и жидкости: • Вода • водный раствор поваренной соли • Масло • Воздух • минералы и другие материалы.

По силе действия охладители подразделяются на следующие группы • слабые — струя воздуха, расплавленные соли, горячая и мыльная вода; • умеренные — веретенное масло, трансформаторное масло, расплавленные соляные ванны с 1 % вольт; • среднедействующие — растворы в холодной воде извести, глицерина и жидкого стекла; • сильные — чистая холодная вода, поваренная соль в растворе холодной воды, дистиллированная вода и ртуть.

• Скорость охлаждения также зависит от способа охлаждения (погружения) закаливаемой детали. • Охлаждающую среду выбирают в зависимости от технологической целесообразности, химического состава металла детали, требуемых физикомеханических свойств.

Закаливаемость и прокаливаемость • Закаливаемость зависит от массовой доли углерода в стали. Чем больше массовая доля углерода в стали, тем выше способность к закаливаемости этой стали. • Закалку не воспринимают стали с массовой долей углерода до 0, 3 %, а также углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества по ГОСТ 3802005

• Закалке подвергаются углеродистые конструкционные качественные и легированные стали с массовой долей углерода от 0, 3 % и выше и все инструментальные стали.

• Прокаливаемость зависит от критической скорости охлаждения и от устойчивой способности аустенита не изменять своей микроструктуры. • Все легирующие элементы повышают прокаливаемость.

Дефекты закалки • • деформация, коробление и трещины; недостаточная твердость; повышенная хрупкость; образование мягких пятен; изменение размеров; внутренние напряжения; окисление и обезуглероживание.

Отпуск • Отпуском называется технологический процесс нагрева деталей после закалки до низких температур (150. . . 650 °С), выдержка при этой температуре и медленное естественное охлаждение на воздухе.

Назначение отпуска • устранение внутренних напряжений у деталей после закалки, повышение ударной вязкости, уменьшение хрупкости и частичное уменьшение твердости

• Температура отпуска зависит от вида закаливаемых деталей и назначения отпуска. В практике применяются • Низкий отпуск • Средний отпуск • Высокий отпуск

Низкий отпуск • применяется для снятия внутренних напряжений, повышения ударной вязкости инструмента из легированных и углеродистых сталей. • Низкому отпуску подвергают режущий и измерительный инструмент, детали шариковых и роликовых подшипников, постоянные магниты, детали машин, изготовленные из легированных конструкционных цементируемых и высокопрочных сталей.

Средний отпуск • применяется для упругих деталей: рессор, пружин, ударного и штампового инструмента, торсионов и др. • Твердость деталей, полученная при закалке после отпуска, заметно понижается. Резко возрастает ударная вязкость, что приводит к увеличению циклической вязкости (такое свойство необходимо для упругих деталей).

Высокий отпуск • производят для деталей машин из углеродистых конструкционных качественных и легированных сталей, работающих при больших нагрузках: валов, шпинделей, блоков шестерен, кулачковых муфт, храповых механизмов и др. • Деталь приобретает высокую износостойкость, прочность, ударную вязкость и относительную пластичность.

Источник: http://present5.com/termicheskaya-obrabotka-osnovy-termicheskoj-obrabotki-metallov-i-splavov/

Ссылка на основную публикацию