2.1.2. Характеристики пластичности

Относительное удлинение: δ = ∙100%; ιк – конечная длина образца.

Относительное сужение: ψ = ∙100%; F_к – площадь поперечного сечения в месте разрыва.

На диаграмму изотермического распада переохлажденного аустенита нанести режимы охлаждения при отжиге, нормализации и закалке. Назначение и виды этих процессов для до- и заэвтектоидных сталей. Получаемые структуры и свойства

Цель отжига – получение равновесной структуры. Это достигается путем медленного охлаждения детали вместе с печью (рис. 38). Структуры сталей после отжига соответствуют равновесной диаграмме состояния (Fe-Fe₃C):

• доэвтектоидных - П+Ф,

• эвтектоидной – П,

• заэвтектоидных – П+Ц_II.

Нормализация – это нагрев доэвтектоидных сталей на 40…50 °С выше А_С3, заэвтектоидных – на 40..50°С выше А_Сm, выдержка и последующее охлаждение на спокойном воздухе (Рис.38, 40).

Рис. 40. «Стальной угол» диаграммы состояния Fe-Fe₃C с нанесенными температурами нагрева при нормализации

При нагреве происходит полная фазовая перекристаллизация, в результате охлаждения получают высокодисперсные феррито-цементитные смеси. Структуры:

• доэвтектоидных сталей - С+Ф,

• эвтектоидной – С,

• заэвтектоидных – С+Ц_II.

После нормализации сталь имеет более высокую прочность, твёрдость, сопротивление хрупкому разрушению, по сравнению с отжигом.

Цель нормализации - устранение крупнозернистой структуры, полученной при предшествующей обработке (литье, горячей прокатке, ковке или штамповке, диффузионном отжиге). Нормализацию применяют:

• для низкоуглеродистых сталей - вместо отжига,

• для среднеуглеродистых – вместо закалки с высоким отпуском,

• для высокоуглеродистых (заэвтектоидных) – для частичного устранения цементитной сетки,

• для некоторых легированных сталей – вместо закалки.

Азотирование. Назначение, режимы, применяемые стали и получаемые свойства

Азотирование – диффузионное насыщение поверхностного слоя стали азотом. Азотирование проводят при температуре 480…600°С в среде частично диссоциированого аммиака, который является источником атомарного азота: NH3→3/2H2+N_ат. Длительность процесса азотирования составляет 24…60 часов для получения слоя толщиной 0,3…0,6 мм.

Азотированию подвергают среднеуглеродистые стали (0,3…0,5%С), легированные хромом, молибденом, алюминием, ванадием, например 38Х2МЮА (0,38%С, 2% Cr, 1% Al, 0,2% Mo). Азотированный слой имеет многофазное строение: на поверхности образуются нитриды железа (ε- и γ΄-фазы, Fe_2-3N и Fe₄N соответственно), а также нитриды легирующих элементов типа MeN и Me₂N, которые придают высокую твёрдость (1100…1200 HV) азотированному слою.

Перед азотированием проводится термообработка, как правило, улучшение (закалка с высоким отпуском), с целью повышения прочности и вязкости сердцевины за счет формирования структуры сорбита зернистого. Затем проводят механическую обработку для придания окончательных размеров изделию, наносят защитные покрытия на участки, не подлежащие азотированию. После азотирования проводят окончательное шлифование изделия.

Азотирование повышает твердость, износостойкость, предел выносливости, сопротивление коррозии и применяется для упрочнения шестерен, гильз цилиндров, коленчатых и распределительных валов, клапанов двигателей внутреннего сгорания и т.д.

Задача: Применяют среднеуглеродистые стали (0,3…0,5%С), обладающие повышенной вязкостью: 5ХНМ. Термообработка: закалка в масле+высокий отпуск. Структура: троостосорбит, твердость 40…45 HRC, рабочая температура – 500…550С.

Углеродистая У12. Термообработка: закалка + низкий отпуск. Структура: мартенсит отпуска и вторичный цементит (карбиды). Твердость после термообработки 62…63 HRC.

Термообработка: закалка + средний отпуск. Структура - троостит отпуска. Свойства: высокие пределы упругости, текучести и выносливости 65СГ

20Х2Н4ВА Термообработка: цементация+закалка+низкий отпуск. Структура на поверхности: М_ОТП+Ц_II+А_ОСТ

Билет №17

1. Особенности превращения аустенита в перлит. Промежуточное превращение. Строение и свойства продуктов превращений.

. Перлитное превращение

Перлитное превращение идет при переохлаждении аустенита в диапазоне температур 727˚С...500˚С. При этом происходит распад аустенита на феррито-цементитную смесь:

А_0,8%С→Ф_0,02%С+Ц_6,67%С.

Механизм перлитного превращения – диффузионный и включает два процесса:

• диффузионное перераспределение углерода, приводящее к образованию цементита;

• полиморфное превращение Fe_γ→Fe_α (ГЦК→ОЦК) с образованием феррита.

В итоге образуется феррито-цементитная смесь пластинчатого строения. В зависимости от температуры переохлаждения образуются феррито-цементитные смеси, отличающиеся степенью дисперсности (межпластинчатым расстоянием Δ₀): перлит, сорбит, троостит (табл. 2). С увеличением степени переохлаждения увеличивается дисперсность структур, повышается прочность и твёрдость. Наибольшей пластичностью и вязкостью обладает структура сорбита.

Таблица 2

Продукты перлитного превращения

Ф-Ц смесь	tпереохлаждения, °С	Структура	Межпластинчатое расстояние Δ0, мкм	Твердость, НВ
Перлит	А1…650		0,6…1,0	180…250
Сорбит	650…550		0,25…0,3	250…350
Троостит	550…500		0,1…0,15	350…450

Промежуточное (бейнитное) превращение

Бейнитное превращение протекает в интервале температур от 500°С до М_Н (см. рис. 33).

Механизм превращения сочетает в себе элементы диффузионного перлитного и бездиффузионного мартенситного превращений. Бейнит – феррито-цементитная смесь, в которой феррит несколько пересыщен углеродом: Б= Ф_0,2%С+Ц.

В диапазоне температур переохлаждения аустенита от 500°С до 350°С образуется верхний бейнит перистого строения, с низкими показателями прочности и пластичности.

В диапазоне температур от 350°С до М_Н образуется нижний бейнит игольчатого (пластинчатого) строения. Нижний бейнит обладает более высокой твёрдостью и прочностью, чем продукты перлитного превращения.

Бейнитное превращение не идёт до конца, в структуре сохраняется А_ОСТ.

1. Виды химико-термической обработки, применяемые для конструкционных сталей. Назначение процессов. Режимы и применяемые стали. Получаемые структуры.

. Конструкционные стали общего назначения

Конструкционные стали общего назначения в зависимости от вида окончательной термообработки делят на:

• цементуемые;

• улучшаемые;

• рессорно-пружинные.

8.3.1. Цементуемые стали – низкоуглеродистые, содержат 0,1…0,3%С. Применяются для деталей, от поверхности которых требуется высокая твердость и износостойкость, а от сердцевины повышенная вязкость.

Термообработка: цементация+закалка+низкий отпуск. Структура на поверхности: М_ОТП+Ц_II+А_ОСТ, твердость поверхности 58…64 HRC. Структура сердцевины зависит от химического состава стали.

Углеродистые стали: 15, 20, 25. Структура сердцевины П+Ф; Применяются для ненагруженных деталей - шестерен, крепежа, кулачков и др.

Низколегированные хромистые стали: 15Х, 20Х, 15ХФ, 20ХМ. Структура сердцевины - нижний бейнит. Применение - поршневые пальцы, распределительные валы, крестовины карданного вала и др.

Легированные Cr-Ni- и Cr-Mn-стали: 12ХН3А, 18Х2Н4ВА, 25ХГМ, 18ХГТ. Структура сердцевины – низкоуглеродистый мартенсит. Применяют их для высоконагруженных деталей, работающих в условиях износа, ударных и циклических нагрузок: шестерни ведущих мостов и главных передач грузовых автомобилей, валы коробок передач, полуоси и др.

8.3.2. Улучшаемые стали – среднеуглеродистые, содержат 0,3…0,5% С. Применяются для деталей, работающих при ударных и циклических нагрузках: коленчатые и карданные валы, валы редукторов, оси, шатуны, шестерни и др.

Основная термообработка: улучшение (закалка + высокий отпуск). Структура: зернистый сорбит, который оптимально сочетает высокую прочность с высокой ударной вязкостью и выносливостью. Для малонагруженных деталей вместо улучшения проводится нормализация. Для деталей, работающих в условиях повышенного износа, после улучшения или нормализации проводят поверхностную закалку ТВЧ или азотирование.

Углеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50. Термообработка: улучшение (нормализация), структура сорбит отпуска зернистый (сорбит пластинчатый+феррит). Обладают малой прокаливаемостью, применяются для осей шестерен, фланцев, крепежных деталей.

Легированные стали:

Хромистые: 30Х, 40Х, 40ХФА. Термообработка: улучшение + закалка ТВЧ + низкий отпуск. Структура: на поверхности - М_ОТП+А_ОСТ, в сердцевине – С_ОТП. Применяются для шатунов, валов коробки передач, шатунных болтов, креплений маховика, крепежа и т.д.

Хромомарганцевые 40ХГ, 40ХГТР, хромоникелевые 45ХН, 40ХН2МА. Термообработка: улучшение, структура сорбит отпуска зернистый. Применение: валы, штоки, поршни, шаровые пальцы, шатуны, коленчатые валы.

Хромомарганцевокремниевые (хромансилы): 30ХГС, 35ХГСНА. Термообработка: изотермическая закалка или улучшение. Структура, соответственно, – нижний бейнит или сорбит зернистый. Применяются для шаровых пальцев, рычагов рулевого управления, шатунных болтов, креплений маховика и.т.д.

Хромоалюминиевые (нитраллои): 38Х2МЮА. Термообработка: улучшение+азотирование. Структура: на поверхности – карбонитриды легирующих элементов, в сердцевине – С_ОТП. Применяются для гильз цилиндров мощных двигателей, плунжеров топливной аппаратуры, игл форсунок.

8.3.3. Рессорно-пружинные стали – высокоуглеродистые, содержат 0,5…0,8%С. Применяются для пружин, рессор и других упругих элементов.

Термообработка: закалка + средний отпуск. Структура - троостит отпуска. Свойства: высокие пределы упругости, текучести и выносливости. Рессорно-пружинные стали должны иметь высокую прокаливаемость, пластичность, вязкость, релаксационную стойкость.

Углеродистые стали: 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85. Применяются для пружин малого сечения (до 10 мм), эти стали имеют низкую релаксационную стойкость.

Легированные стали. Основными легирующими элементами в рессорно-пружинных сталях являются кремний (1…3% Si), марганец (~1% Мn), хром (~1%Cr), ванадий (~0,15%V), никель (до 1,7%Ni). Их вводят для повышения прокаливаемости, релаксационной стойкости и выносливости.

Кремнистые стали: 55С2, 60С2А, 70С3А применяют для автомобильных рессор, пружин вагонов. Кремний повышает прочность феррита, предел упругости, предел текучести, но способствует обезуглероживанию и графитизации. Эти недостатки устраняют добавками Cr, V, W, Ni: 60С2ХА, 65С2ВА, 60С2Н2А. Такие стали применяют для крупных тяжелонагруженных пружин и рессор.

Стали, не содержащие кремния, применяются для автомобильных рессор (50ХГА), клапанных пружин (50ХФА, 50ХГФА).

Предел выносливости рессор может быть повышен в 1,5…2 раза путем поверхностного пластического деформирования: гидроабразивной или дробеструйной обработкой.

1. Баббиты. Свойства, структура и область применения.