2. Содержание разделов курса

Таблица

Номер раздела	Наименование разделов, содержание лекций
1	Термическая обработка стали
	Основы теории термической обработки. Фазовые превращения при нагревании и охлаждении стали. Технология предварительной и окончательной термической обработки
Окончание таблицы
Номер раздела	Наименование разделов, содержание лекций
2	Химико-термическая обработка стали (ХТО)
	Способы проведения ХТО. Цементация и её разновидности. Нитроцементация. Азотирование
3	Термическая обработка чугунов
	Нормализация. Закалка и отпуск. Поверхностная закалка. Отжиг и старение отливок. Разновидности ХТО чугунов
4	Термическая обработка алюминиевых сплавов
	Особенности термической обработки. Закалка и старение. Этапы старения
5	Термическая обработка титановых сплавов
	Классификация титановых сплавов. Разновидности мартенситного превращения. Диаграмма изотермического превращения переохлажденного твердого раствора. Виды термической обработки
6	Термомеханическая обработка (ТМО)
	Низкотемпературная и высокотемпературная ТМО. Механические свойства. Структурные изменения
7	Механикотермическая обработка (МТО)
	Схема МТО. Влияние деформации на прочность сплавов. Активизация старения в результате МТО
8	Лазерное термоупрочнение
	Понятия из физики лазеров. Резонаторы. Лазерные системы. Характеристики лазерных установок. Технология лазерного термоупрочнения
9	Электроимпульсные технологии обработки
	Разновидности электроимпульсных процессов. Особенности электромеханической обработки. Структура и свойства после такой обработки. Скоростная электротермическая обработка
10	Технологии обработки неметаллических материалов
	Тепловая обработка в технологии термопластов и реактопластов. Технология изделий из силикатного стекла. Ситаллизация. Прессование и обжиг керамики. Получение углеродных материалов. Графитизация
11	Технические расчеты при термической обработке
	Определение количества технологического оборудования. Расчеты расхода электроэнергии, газа, воды и др.
12	Планировки участков термической обработки
	Примеры планировок: обработка поковок, лазерные участки, участки производства силикатного стекла

3. Опорный конспект лекций

3.1. Термическая обработка стали

Основы теории термической обработки. Термическая обработка – процесс обработки изделий из технических материалов путем теплового воздействия (нагрева и охлаждения) с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении. Основными параметрами термической обработки являются температура нагрева t_н, время выдержки _в при этой температуре, скорость нагревания и скорость охлаждения (рис. 1).

Воснову термической обработки изделий машиностроения из сталей приня-ты фазовые превращения первого рода, происходящие в твердом состоянии при нагреве и охлаждении у железоуглеро-дистых сплавов. Изменения структуры материала обусловливают и соответс-твующие изменения различных свойств изделий. Рассмотрим фазовые превращения при нагревании и охлаждении

Рис. 1. Схема проведения термической на примере эвтектоидной стали с содержа-

обработки нием 0,8 % углерода.

Фазовые превращения при нагревании стали. Исходная структура стали с содержанием 0,8 % С (сталь У8) до термической обработки представляет собой перлит, состоящий из двух фаз: феррита и цементита. Как следует из диаграммы состояния Fe – C, в процессе медленного нагревания стали обычно в печах по достижении температуры точки S, обозначаемой как t_Ас1 (для углеродистых сталей 727 С), происходит фазовое превращение:

_.

Переход перлита в аустенит (аустенизация) происходит в три этапа:

1. Образование зародышей аустенитной фазы на границах зерен феррита и цементита и их рост одновременно с растворением кристаллов цементита. Скорость роста аустенита за счет растворения феррита больше, чем скорость растворения цементита в растущем аустените. Ко времени завершения образования аустенита в структуре остается частично неполностью растворившийся цементит, т.е. структура представляет собой «аустенит + цементит» (А+Ц).

2. Продолжение и полное растворение в аустените остатков цементита (ЦА) с образованием аустенита, неоднородного по концентрации углерода. В тех микрообъемах аустенита, где ранее находился цементит с содержанием С=7,86 % С, концентрация углерода в аустените повышена (С0,8 % С).

3. Процесс выравнивания содержания углерода во всех зернах аустенита до 0,8 % С путем диффузии атомов углерода.

Образование аустенита из перлита (феррит + цементит) по этапам показано на рис.2.

Рис. 2. Схема образования аустенитных зерен (М.Е. Блантер)

При дальнейшем нагревании сталей выше температуры Ас₁ у одних сталей, особенно при введении в них V, Ti, Al, Zr, сохраняется мелкое зерно аустенита до высоких температур 950…1100 С. Это наследственно мелкозернистые стали. У других сталей в зависимости от химического состава и особенностей металлургического производства зерно аустенита интенсивно увеличивается уже при небольших превышениях температуры выше Ас₃ для конструкционных сталей. Такие стали называют наследственно крупнозернистыми.

Фазовые превращения при охлаждении переохлажденного аустенита. Важнейшую роль при термической обработке играет этап охлаждения. Именно на этом этапе формируется из аустенита в результате фазовых превращений окончательная микроструктура и обеспечивается получение заданных механических и других свойств, которые будет иметь изделие. Для основных видов термической обработки сталей нагрев проводится до получения структуры аустенита (рис. 3).

Рис. 3. Интервал температур нагрева при проведении полного отжига и закалки стали

Для характеристики фазовых превращений, происходящих у аустенита, переохлажденного ниже температуры Ас₁, изучаются эти превращения в процессе выдержек во времени при постоянных разных температурах. Экспериментально полученные данные обобщаются графически в координатах «температура-время в логарифмической шкале». Таким образом, получают диаграммы изотермического превращения переохлажденного аустенита для разных сталей (рис. 4).

Рис. 4. Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита

доэвтектоидной углеродистой стали

На этой диаграмме в интервале температур «А₁-М_н» видны две С-образные кривые. Левая кривая характеризует начало фазового превращения переохлажденного аустенита, а правая – окончание превращения.

В нижней части диаграммы расположены две горизонтальные линии М_н и М_к. Они показывают интервал прохождения особого мартенситного превращения переохлажденного аустенита. В верхней части диаграммы имеется кривая линия, характеризующая фазовое превращение части аустенита в феррит (АФ).

В зависимости от степени (величины) переохлаждения аустенита ниже температуры эвтектоидного превращения Ас₁ происходит одно из трех фазовых превращений:

 перлитное превращение А  Ф+Ц (t_А1  t  550 С);

 бейнитное превращение А  бейнит (550 С t М_н);

 мартенситное превращение А  мартенсит (М_н t М_к).

Краткая характеристика этих фазовых превращений переохлажденного аустенита приведена в табл. 1.

Таблица 1