15. Технология то сталей.

Режим термической обработки включает в себя следующие составляющие: скорость нагрева, температуру нагрева, продолжительность выдержки, скорость охлаждения. Скорость нагрева выбирается в зависимости от теплопроводности стали (химического состава) и формы детали. Если теплопроводность стали высокая, то и скорость нагрева может быть больше. При этом следует иметь в виду, что у большинства легированных сталей теплопроводность ниже, чем у углеродистых, и быстрый нагрев может привести в них к возникновению напряжений и трещин.

Отжиг стали - называют вид термической обработки состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке и медленном охлаждении.

Различают несколько видов отжига: Полный отжиг, Неполный отжиг, Изотермический отжиг, Отжиг на зернистый перлит, Отжиг рекристаллизационный.

Отжиг проводят по одному из следующих режимов:

1. Нагрев на 20-30⁰ выше, выдержка 3-5 часов, медленное охлаждение

2. Нагрев до тех же температур с небольшой выдержкой, охлаждение до 600⁰, снова нагрев до 740-750⁰ и снова охлаждение до 600⁰. Такие циклы нагрева и подстуживания повторяют 2-4 раза, т.е. проводят как бы покачивание температуры стали.

Закалка - вид термической обработки состоящий в нагреве стали до определенных температур, выдержке и быстром охлаждении, со скоростью более верхней критической. Цель закалки - повысить твердость, прочность, износоустойчивость.

Способы закалки: Закалка в одном охладителе (воде или масле), Закалка в двух охладителях (через воду в масло), Ступенчатая закалка, Изотермическая закалка.

Отпуск - вид термической обработки состоящий в нагреве закаленной стали, выдержке и охлаждении в воде или на воздухе. Отпуску подвергают все закаленные стали с целью уменьшения внутренних напряжений, повышения ударной вязкости при некотором.

В зависимости от требований, предъявляемых к изделиям их подвергают отпуску при различных температурах: Низкий отпуск (200-250⁰), Средний отпуск (400-450⁰), Высокий отпуск (600-650⁰)

Термохимическая обработка стали (ТМО) заключается в накоплении аустенита и последующей его закалке. Структура закаленной стали формируется под влиянием дефектов кристаллической решетки, образовавшихся при накоплении аустенита. Термохимическая обработка: высокотемпературная и низкотемпературная.

Поверхностная закалка состоит в быстром нагреве поверхности детали до аустенитного состояния с последующим охлаждением в воде. В результате на поверхности образуется твердая структура мартенсита, а внутри сохраняется феррито-перлитная структура с достаточно высокой вязкостью. После поверхностной закалки делают низкий отпуск, либо оставляют закаленное состояние без отпуска. Поверхностной закалке подвергают среднеуглеродистые стали (0,4-0,45%С), либо легированные для увеличения прочности сердцевины деталей. Быстрый нагрев поверхности осуществляется токами высокими частотами (до 1 млн.гц).

16. Углеродистые стали.

Углеродистая сталь – сталь, которая не содержит легирующих компонентов. В зависимости от содержания углерода углеродистую сталь подразделяют на низкоуглеродистую (до 0,25% С), среднеуглеродистую (0,25-0,6% С), высокоуглеродистую (более 0,6% С). Различают углеродистую сталь обыкновенного качества и качественную конструкционную. К 1-й группе относится горячекатаная (сортовая, фасонная, толстолистовая, тонколистовая, широкополосная) и холоднокатаная (тонколистовая) сталь; во 2-ю входят горячекатаные и кованые заготовки диаметром (или толщиной) до 250 мм, калиброванная сталь и серебрянка. Углеродистые инструментальные стали маркируются буквой У, а следующая за ней цифра показывает содержание углерода в десятых долях процента. Для изготовления инструмента применяют углеродистые качественные стали марок У7-У13 и высококачественные стали марок У7А-У13А. Высококачественные стали содержат не более 0,02 % серы и фосфора, качественные - не более 0,03 %. По назначению различают углеродистые стали для работы при ударных нагрузках и для статически нагруженного инструмента.

Углеродистые доэвтектоидные стали после горячей пластической обработки (ковки или прокатки) и последующего охлаждения на воздухе имеют структуру, состоящую из пластинчатою перлита и небольшого количества феррита, а заэвтектоидные стали — пластинчатого перлита и избыточного цементита, который обычно образует сплошную или прерывистую сетку по границам бывших зерен аустенита.

Достоинствами углеродистых инструментальных сталей являются низкая стоимость, хорошая обрабатываемость давлением и резанием в отожженном состоянии.

Их недостатками являются невысокие скорости резания, ограниченные размеры инструмента из-за низкой прокаливаемости и его значительные деформации после закалки в воде.

17. Превращения в сталях при то.

Перлитное превращение. При переохлаждении в верхней части перлитной области аустенит распадается на ферритно-цементитную смесь пластинчатого строения, представляющую собой чередующие пластины феррита и цементита, такая смесь называется перлит. При увеличении степени переохлаждения аустенит распадается на более дисперсную феррито-цементитную смесь, так же имеющую пластинчатое строение. Такая смесь получила название сорбит. При переохлаждении аустенита до температур перегиба С-образной кривой, образуется еще более дисперсная смесь феррита и цементита, практически не идентифицируемом при металлографическом исследовании, но также имеющую пластинчатое строение. Эта смесь получила название тростит. Таким образом, собственно перлит, сорбид и тростит представляют собой феррито-цементитную смесь пластинчатого строения отличающуюся только дисперсностью. С увеличением степени дисперсности Ф и Ц свойства сталей возрастают.

Бейнитное превращение. Оно имеет место при переохлаждении А. До температур ниже перегиба С-образной кривой. В отличие от перлитного превращению, протекающему по диффузионному механизму бейнитное превращение протекает как по диффузионному, так и бездиф. (мартенситному) механизму. Поэтому бейнитное превращение иначе называют промежуточным. При таких степенях переохлаждения диффузия атомов возможна, а диффузия атомов железа практически проходить не может. Результатом распада А в бейнитной области является бейнит – это механическая смесь Ф и Ц, в которой Ф несколько пересыщен углеродом и имееет игольчатое строение, поэтому бейнит иначе называют игольчатый тростит. Различают верхний и нижний бейнит. Верхний бейнит имеет так называемую перистую структуру близкую к трооститной, образующуюся при переохлаждении несколько ниже перегиба С-образной кривой. Нижний Б имеет игольчатое строение близкое к мартенситу и образующееся при переохлаждении до температур близких к температуре начала мартенситного превращения (Мн).

Результатом бейнитного превращения является структура, получившая название бейнит или игольчатый тростит.

Мартенситное превращение

При больших степенях переохлаждения возрастает термодинамическая неустойчивость аустенита, а скорость диффузии углерода резко падает. При переохлаждении аустенита в эвтектоидной стали до 240°С подвижность атомов углерода близка к нулю и происходит бездиффузионное превращение аустенита. При этом меняется лишь тип решетки, а весь углерод, ранее растворенный в решетке аустенита, остается в решетке феррита несмотря на то, что равновесная концентрация углерода в феррите не превышает 0,006 % при комнатной температуре.

18. Чугуны.

Чугун — сплав железа с углеродом (содержанием обычно более 2,14 %), характеризующийся эвтектическим превращением. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют: белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.). Как правило, чугун хрупок.

В белом чугуне весь углерод находится в виде цементита. Структура такого чугуна — перлит, ледебурит и цементит. Такое название этот чугун получил из-за светлого цвета излома.

Серый чугун это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет.

Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы. Металлическая основа такого чугуна: феррит и реже перлит.

Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно как пластинчатый, и не является концентратором напряжений.

В половинчатом чугуне часть углерода (более 0,8 %) содержится в виде цементита. Структурные составляющие такого чугуна — перлит, ледебурит и пластинчатый графит.

В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:

Передельный (белый) чугун-П1, П2;

передельный чугун для отливок-ПЛ1, ПЛ2,

передельный фосфористый чугун-ПФ1, ПФ2, ПФ3,

передельный высококачественный чугун-ПВК1, ПВК2, ПВК3;

21. Сплавы на основе цветных металлов.

1. Медь и сплавы на медной основе. Медь обладает высокой пластичностью, электропроводностью и повышенной стойкостью к окислению.

В литейном производстве широко применяются сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и другими элементами.

2. Латуни. Добавлением к меди до 43% цинка получают простую латунь. Латунь хорошо обрабатывается давлением (ковкой, штамповкой, прокаткой) и отличается от меди большей прочностью и меньшей стоимостью. Для изготовления отливок применяются специальные латуни, легированные алюминием, оловом, свинцом, марганцем, кремнием, железом и др.

3. Бронзы. В литье применяют сплавы меди с оловом (оловянистые бронзы) и многокомпонентные безоловянистые сплавы на медной основе, содержащие в качестве добавок алюминий, железо, кремний, никель, марганец, называемые специальными бронзами. Оловянистые бронзы обладают высокой жидкотекучестью, коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами (т. е. надежно работают на истирание в трущихся узлах машин). Специальные бронзы характеризуются также высокой прочностью, антикоррозионной устойчивостью, антифрикционностью и жаропрочностью.

4. Алюминий и его сплавы. Алюминий — металл серебристо-белого цвета, обладает высокими антикоррозионными свойствами, хорошей электропроводностью и пластичностью. Чистый алюминий имеет низкие механические свойства, поэтому в машиностроительной промышленности широкое распространение имеют его сплавы. Все алюминиевые сплавы по технологическим свойствам и назначению подразделяются на две группы: сплавы для получения отливок и сплавы для получения деталей холодной обработкой (штамповкой, прокаткой и ковкой).

5. Магний и его сплавы. Чистый магний активно вступает в реакцию с кислородом воздуха и поэтому как конструкционный материал в технике не применяется. Литейные сплавы магния, обладая большой легкостью и достаточной прочностью, нашли широкое применение в промышленности

для изготовления деталей моторов, самолетов, автомобилей и т. п.

4. Морозостойкость.

Морозостойкость – способность материала противостоять разрушающему влиянию на него мороза. Морозостойкость определяется попеременным замораживанием и оттаиванием насыщенного водой материала.

5. Упругость, пластичность, хрупкость.

Упругость – способность материала, изменившего под влиянием нагрузки свою форму, восстановить ее после того, как эта нагрузка будет удалена. Пластичность — свойство, противоположное упругости и заключается в способности материала сохранять измененную под влиянием нагрузки форму после того, как эта нагрузка будет удалена.

Хрупкость – способность материала легко изменять свою форму под влиянием даже небольшой нагрузки. Хрупкому материалу в отличие от пластичного, как правило, нельзя придать желаемую форму, так как такой материал разрушается под нагрузкой: дробится на части или рассыпается.

6. Прочность, твёрдость, истираемость.

Прочность – способность материалов сопротивляться разрушению под действием нагрузки. Прочность проявляется в способности материала сопротивляться сжатию, растяжению, изгибанию, скручиванию, срезыванию, удару и т.д.

Твердость — свойство материала сопротивляться прониканию в него другого тела. От твердости материалов зависит их истираемость.

Истираемость – свойство материала терять со своей поверхности мельчайшие частицы под влиянием трения о другое тело.

7. Воздухопроницаемость, газо- и паропроницаемость.

Воздухопроницаемость, а также газо- и паропроницаемость – способность материала пропускать через свою толщу воздух, газ и пар.

8. Огнестойкость.

Материалы, при пожаре не подвергающиеся значительным разрушениям - огнестойкие. Материалы, выдерживающие значительное время нагревание до 1580° - огнеупорные. Материалы, выдерживающие без разрушения резкие колебания температуры, - температуростойкие.

20. Основные свойства материалов. Методы оценки их характеристик.

Основные свойства материалов:

1. Удельный и объёмный вес.

Вес — это величина силы тяжести, обычно измеряемая граммами, килограммами или тоннами. Удельным весом называется вес 1 см3 материала в граммах, взятого в абсолютно плотном состоянии.

2. Плотность и пористость.

Плотность – степень заполнения объема материала веществом. Плотность тела выражается в процентах от общего его объема.

Пористость – степень заполнения объема материала порами. Пористость тоже выражается в процентах от общего объема этого материала.

Плотность и пористость оказывают большое влияние на такие важные свойства материалов, как прочность, водопоглощение, теплопроводность, морозостойкость и, следовательно, долговечность.

3. Водопоглощение, влагоотдача, водопроницаемость.

Водопоглощение определяется способностью материала поглощать воду. Количество воды, поглощенной порами материала, взятое в процентах к общему объему материала, выражает водопоглощение. Водопоглощение вследствие этого не может быть больше пористости.

Водопоглощение снижает прочность материала, уменьшает его морозостойкость, теплопроводность и вследствие этого является вредным свойством для строительных материалов.

Влагоотдача — скорость высыхания материалов — свойство, противоположное водопоглощению. По мере высыхания материала в нем восстанавливаются морозостойкость, прочность, теплопроводность.

Водопроницаемостью называется способность материала пропускать сквозь свою толщу воду.

Степень водопроницаемости зависит от пористости материала и от вида пор: поры замкнутые не пропускают воды. Чем больше в материале незамкнутых пор и пустот, тем больше его водопроницаемость.

- Др. мет-ми Ti,Mo,Nb,V,W,Cu

3. Диффузионное удаление эллементов

- Обезводороживание

- Обезуглероживание

19. Основы теории то.

Термическая обработка – технологический процесс, состоящий из нагревания изделий и заготовок до определённой температуры, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения с заданной скоростью.

Главная цель термической обработки стали – получение желаемого сочетания её механических свойств, обеспечивающего высокую конструкционную прочность и другие требуемые эксплуатационные характеристики.

Наибольшее применение в материаловедении получили следующие виды собственно-термической обработки:

Отжиг 1 рода – нагревание, выдержка и охлаждение изделия с целью снятия остаточных напряжений и искажений кристаллической решётки

Отжиг 2 рода – нагревание выше t фазового превращения и медленное охлаждение, приводящее сплав в равновесное состояние; цель-получение устойчивого фазового состава

Закалка – нагревание до t, выше t фазового превращения, выдержка при этой t и быстрое охлаждение

Отпуск – нагревание закалённой стали до t ниже критической t фазового превращения и охлаждение. Это приводит к снятию остаточных напряжений после закалки. Отпуск проводимый при комнатной t – старение.

Химико-термическая обработка:

1. Диффузионное насыщение неметаллами

- Цементация

- Цианирование и нитроцементация

- Азотирование

- Оксидирование

- Борирование

2. Диффузионное насыщение металлами

- Алитирование

- Хромирование

- Сицилирование

Серый чугун - СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм);

антифрикционный чугун – АЧ,

антифрикционный серый – АЧС,

антифрикционный высокопрочный – АЧВ,

антифрикционный ковкий – АЧК;

Высокопрочный чугун – ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлиненние(%);

чугун легированный со специальными свойствами – Ч.