- •Раздел 1. Конструкционные материалы
- •1. Атомно-кристаллическое строение металлов
- •1.1. Кристаллические решетки металлов
- •1.2. Полиморфизм
- •1.3. Дефекты кристаллического строения реальных кристаллов
- •1.4. Кристаллизация металлов
- •2. Свойства металлов
- •2.1. Механические свойства
- •Относительное удлинение
- •Относительное сужение
- •2.2. Физические и химические свойства
- •2.3. Технологические свойства
- •2.4. Эксплуатационные свойства
- •3. Строение и свойства сплавов
- •3.1. Основные сведения о металлических сплавах
- •3.2. Железоуглеродистые сплавы
- •Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов
- •3.3. Диаграмма состояния FeFe3c
- •3.4. Влияние примесей на свойства железоуглеродистых сплавов
- •4. Термическая обработка стали
- •4.1. Основы термической обработки стали
- •4.2. Отжиг сталей, виды отжига
- •4.3. Нормализация сталей
- •4.4. Закалка сталей
- •4.5. Отпуск стали. Виды отпуска
- •4. 6. Химико-термическая обработка сталей
- •4.6.1. Цементация сталей
- •4.6.2. Азотирование стали
- •4.6.3. Цианирование сталей
- •4.6.4. Нитроцементация
- •4.6.5. Борирование
- •4.6.6. Диффузионная металлизация
- •4.7. Термомеханическая обработка стали
- •4. 8. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла
- •5. Чугуны
- •5.1.Классификация и маркировка
- •5.2. Свойства и применение чугуна
- •6. Стали.
- •6.1. Углеродистые стали. Классификация и маркировка
- •Влияние углерода и примесей на свойства углеродистой стали
- •6.2. Легированные стали и сплавы
- •6.2.1. Влияние легирующих элементов на свойства стали
- •6.2.2. Конструкционные легированные стали, их маркировка
- •Рессорно-пружинные стали
- •Шарикоподшипниковые стали
- •6.3. Инструментальные стали
- •6.3.1. Стали для измерительных инструментов
- •6.3.2. Стали для режущих инструментов
- •6.3.3. Инструментальные твердые сплавы
- •6.3.4. Штамповые стали
- •6.4. Стали и сплавы с особыми свойствами
- •6.4.1. Нержавеющие стали и сплавы
- •6.4.2. Хромистые нержавеющие стали
- •6.4.3. Хромоникелевые нержавеющие стали
- •6.4.4. Жаропрочные стали и сплавы
- •6.4.5. Жаропрочные сплавы на основе никеля и тугоплавких металлов
- •6.4.6. Жаростойкие стали и сплавы
- •6.4.7. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе
- •7. Цветные металлы и сплавы
- •7.1. Алюминий и его сплавы
- •7.2. Магний и его сплавы
- •7.3. Титан и его сплавы
- •7.4. Медь и ее сплавы
- •8. Неметаллические материалы
- •8.1. Пластмассы
- •Состав, классификация и свойства пластмасс
- •8.2. Резиновые материалы
- •9. Композиционные материалы Классификация композиционных материалов
- •9 .1. Армирующие материалы
- •9.2. Материалы матриц
- •9.3. Свойства композиционных материалов
- •10. Общие принципы выбора материалов
- •Физико-химические свойства
- •Механические свойства
4.3. Нормализация сталей
Нормализацией стали называется нагрев доэвтектоидной стали выше точки Ас3, эвтектоидной стали выше точки Ас1, заэвтектоидной стали выше точки Асm на 30…50 С, выдержка и последующее охлаждение на воздухе.
После нормализации углеродистые стали имеют ту же структуру, что и после отжига, но перлит будет более дисперсным (тоньше пластинки ферритоцементитной смеси).
Цель нормализации доэвтектоидных и эвтектоидных сталей та же, что и полного отжига. Однако после нормализации твердость и прочность стали будет выше, чем при отжиге. Нормализация применяется для устранения крупнозернистой структуры, выравнивания механических свойств. В заэвтектоидных сталях нормализация устраняет цементитную сетку.
4.4. Закалка сталей
Закалка является основным видом упрочняющей термической обработки сталей.
Закалка процесс нагрева стали выше точки Ас3 (полная закалка) или Ас1 (неполная) на 30…50 С с последующим быстрым охлаждением. Цель закалки получение высокой твердости и заданных физико-механических свойств. Способность стали принимать закалку возрастает с увеличением содержания в ней углерода. При содержании углерода менее 0,2 % сталь практически не закаливается.
Доэвтектоидные стали подвергают полной закалке (Ас3 + 30…50 С), при этом обеспечивается полное превращение феррито-перлитной структуры в структуру мелкозернистого аустенита, а после охлаждения мелкокристаллического мартенсита. Неполная закалка с межкритических температур приводит к сохранению в структуре закаленной стали кристаллов доэвтектоидного феррита низкой твердости. Твердость стали после закалки будет неоднородна и существенно понижена, поэтому неполная закалка доэвтектоидных сталей применяется редко.
При нагреве заэвтектоидных сталей на 30…50 С выше температуры точки Ас1 перлит полностью превращается в аустенит, а часть вторичного цементита остается нерастворенной. Ее закалка приведет к превращению аустенита в мартенсит, зерна которого окаймлены частицами нерастворенного цементита. Такая сталь обладает повышенной твердостью и износостойкостью. Закалка заэвтектоидных сталей от температур выше Аст снижает твердость стали из-за увеличения количества остаточного аустенита и, самое главное, модет вызвать перегрев. Поэтому для заэвтектоидных сталей обычно применяется неполная закалка.
Скорость нагрева и время выдержки деталей зависят от размеров, массы деталей, их конфигурации, химического состава материала деталей, от типа нагревательных печей и нагревательных сред.
При закалке в качестве охлаждающей среды чаще всего используют воду, иногда с добавками солей, щелочей. Для увеличения охлаждающей способности применяют также масла, расплавленные соли и металлы.
Возможность упрочнения сталей путем термической обработки обусловлена наличием аллотропических превращений в твердом состоянии. Охлаждая аустенит с различными скоростями и вызывая тем самым различную степень переохлаждения, можно получить продукты распада аустенита, резко отличающиеся по строению и свойствам.
Под критической скоростью закалки Vкр понимают минимальную скорость охлаждения, обеспечивающую бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит. Это позволяет получить неравновесную структуру с высокой твердостью 600 НВ, износостойкостью и прочностью, но низкой ударной вязкостью.
Малая скорость охлаждения V1 < Vкр приводит к образованию грубой смеси феррита и цементита, перлита с твердостью 10 HRC. Чем больше скорость охлаждения, тем более мелкодисперсная образующаяся феррито-цементитная смесь.
Сорбит (первая закалочная структура), получающийся при скорости охлаждения стали V2 > V1 представляет собой смесь феррита и цементита; он отличается от перлита более тонкодисперсным строением, твердость сорбита 20 HRC. Стали с сорбитной структурой износостойкие и используются для изготовления нагруженных изделий.
Троостит (вторая закалочная структура) получается при скорости охлаждения V3 > V2 в результате распада переохлажденного аустенита при 500…550 С, обладает значительной упругостью; представляет собой тонкодисперсную смесь феррита и цементита. Твердость троостита составляет 30 HRC.
Сталь со структурой троостита отличается высокими значениями прочности и упругости. Ее используют, главным образом, для изготовления пружин и рессор.
Превращение аустенита в мартенсит происходит при очень быстром охлаждении (Vкр). При этом мртенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в -железе. Мартенсит твердая и хрупкая структура; твердость его 62…66 HRC.