37. Отжиг и нормализация стали, их назначение и способы осуществления.

Отжиг как правило проводят для заготовок перед механической обработкой. Основные задачи отжига – получить хорошую обрабатываемость заготовки. Отжиг – это операция предварительной термообработки. Один из видов – рекристализационный отжиг. Обычно его проводят для стали при Т=550-650 С. После этого отжига снимается наклёп. Чаще выполняют полный и неполный отжиг (отжиг 2-го рода). Для доэвт. сталей осуществляют полный отжиг. Скорость охлаждения вместе с печью 40-60 град/час. Низкоуглеродистые стали можно подвергать нормализации. Заэвт. углер. стали чаще подвергают неполному отжигу. После неполного – перлит зернистый, после полного – формируется структура перлит пластинчатый. Высоколегированные стали при отжиге необходимо подвергать охлаждению со скоростью не выше 20 град/сек. Не все печи дают такую скорость охлаждения. Если таких печей нет, то подвергают изотермическому отжигу. Если сталь имеет неравномерный хим. состав, то проводят диффузионный (гомогенизирующий) отжиг. В этом случае дают длительную выдержку при температуре выше 1000 С и за счёт диффузионных процессов хим. состав выравнивается. Такой отжиг проводят десятки часов.

38. Химико-термическая обработка сталей. Цементация, азотирование, борирование, хромирование, алитирование, силицирование. Двухкомпонентное насыщение сталей (углеродом и азотом – нитроцементация, цианирование и др.).

ХТО проводится для улучшения св-в поверхностных слоёв сталей, за счёт их диффузионного насыщения какими-либо хим. элементами, кот. образуют в поверх. слоях хим. соед. или твёрдые р-ры с нов. св-вами. Цементация – диффузионное насыщение стали углеродом. Её подвергают низкоуглер. стали. Эти стали за счёт низкого сод. углерода после закалки не обеспеч. существ. повышение твёрдости. После цементации содержание углерода может достигнуть 1-1,5 % и тогда поверхностный слой после закалки будет иметь мах возможную твердость, т.к. обр. в поверхностном слое высокоугл. мартенсит. В сердцевине твердость будет меньше. Сочетание высокой твердости поверхности и мягкой сердцевины обеспечивает повышенную надежность изделия в усл. Работы, когда изнашивание сопровождается ударными нагрузками. В этом случае, если трещины возникнут на поверхности они застрянут в вязкой мягкой сердцевине. По такой технологии изгот-ся большинство деталей зубчатых передач. За толщину цементованного слоя принимают расстояние от поверхности до зоны, где половина феррита и половина перлита (примерно сталь 40). Длительность процесса 8-12 часов. Температура 930 С. за это время обр. цементованный слой примерно 1 мм. Без термообработки цементованный слой мягкий ми пластичный. Поэтому после цементации делают закалку и низкий отпуск. Азотирование – второй по распространенности процесс ХТО после цементации. Его проводят при Т500-600 С (на уровне Т высокого отпуска). Поэтому чаще на азотирование отправляют после закалки и высокого отпуска. Чаще азотирование проводится в специальных печах, куда подают газ аммиак NH3. Реже используют ионное азотирование. В поверхностном слое обр. нитриды железа, но твердость у них меньше чем у мартенсита. Низкотемпературный процесс насыщения идет медленно (20-70 часов). Толщина слоя на уровне 200-300 мкм. После азотирования термообр. Как правило не проводят. Борирование – насыщение бором. Процесс обеспечивает образование в поверхностном слое особо высокотвердых фаз FeB (18-20 ГПа), Fe2B (13-15 ГПа). Боридный слой обеспечивает прочность в десятки раз большую чем при закалке, однако бориды имеют повышен. Хрупкость. Причем FeB в несколько раз хрупче чем Fe2B. Проводят при Т 900-950 С, Время 4-6 часов. Оптимальная толщина примерно 100 мкм. Твердость борида не зависит от термообработки, но термобр. После борирования во многих случаях делают чтобы увеличить твердость, прочность сердцевины. Если ее не сделать, то боридный слой может продавливаться в результате изнашивания при больших давлениях. При продавливании он крошится, что уменьшает износостойкость. Чем больше углерода и легирующих элементов стали тем меньше скорость обр. боридных слоев. Борирование можно проводить в порошковых смесях, расплавах, обмазках. Хромирование – имеет диффузионный х-р. Его осуществляют при Т1000-1100 С. длительность насыщен. 6-10 часов и в поверхностном слое стали формируются высокотвердые карбиды хрома Cr2C6, Cr7C3, так как углерода в стали по сравнению с железом очень мало, то толщина карбидных слоев не превышает 39 мкм. Чем больше углерода тем тоньше слои. Твердость на поверхности 18-20 ГПа, но у хромированного слоя по сравнению с борированным выше коррозионная стойкость и окалиностойкость. Твердость карбидов не зависит от термообработки, но закалку делают для повышения твердости сердцевины. Проводят в порошковых смесях с использования герметизирующих контернеров. Алитирование – насыщение алюминием. Применяют чаще для получения окалиностойкости (жаростойкости) Реже его исп. Для повыш. коррозионной стойкости, Проводят при Т900-950 С 2-6 часов. На пов-ти обр. твердый р-р алюминия в альфа железе и различные хим. соединения (алюмиды железа). Твердость небольшая примерно 5 ГПа. Силицирование чаще проводят при Т 900-950 С 2-6 часов. Для повышения коррозионной стойкости. В пов-ти обр. кремнистый феррит, а так же силициды железа. Твердость 4-6 ГПа. Двухкомпанентное насыщение чаще исп. Система углерод – азот C-N. Нитроцементация, карбонитрация, цианирование (KCN, NaCN) никатрирование, карбоазотирование. Чаще исп. Нитроцементацию в замен цементации. Ее проводят в газовых средах (газообр. углеводородные соединения: CH4, пропан, бутан, керосин, бензол). Но дополнительно в эту газовую смесь вводят примерно 5% аммиака CH3. Слои по структуре похожи на цементованные. Т по сравнению с цементацией примерно на 50С ниже – 870-880 С. Процесс идет экономичнее. После чего закалка и низкий отпуск. Износостойкость примерно на 20% выше чем после цементации. Цианирование, карбонитрацию проводят при 500-600 С и эти процессы похожи на азотирование, Приимущественно дифундирует азот, но про этом хрупкость диф. слоев ниже чем после азотирования.

39. Распределение легирующих эл-тов стали, их влияние на свойства структурных составляющих, полиморфизм железа, кинетику распада аустенита, мартенситное превращение, рост зерна аустенита, превращ. прие, рост зерна аустенита, превращ.труктурных составляющих, полиморфизм железа, кинетику распда аустенита, мартенситное превраще отпуске.

ЛЭ в сталях могут обр. твердые растворы в Ф, А, Ц, а также обр. в сталях спец. Кабиды. Также могут обр. интерметаллит. Особо сильно влияет на свойства появление в сталях спец. карбидов. Элементы, которые обр. их наз. карбидообразующими. (Cr-Cr23C6, Cr7C3; Fe-Fe3C; W-W6C WC; Mo-Mo6C, MoC, Mo2C; V-VC; Ti-TiC) все карбиды имеют очень высок твердость выше чем у мартенсита Fe3C – самый мягкий из спец. карбидов. Чем больше карбидов в стали тем выше износостойкость. Макротвердость – не улавливает наличие карбидов. Измерить можно микротвердость карбидов. Твердость после закалки на уровне 8ГПа, а твердость карбидов типа МС, М2С – более 20 ГПА. При комнатной Т в структуре почти всегда есть феррит, И Ф часть атомов железа замещается другим легир. эл-том. За сет легир. твердость Ф увеличивается, но не значительно. Наиболее сильно упрочняет Ф кремний, но одновременно уменьшается пластичность. Стали для листовой штамповки – стали без кремния, и с малым содерж. углерода (08КП, 08ПС). Влияние лигир. эл-тов на полиморфизм железа. Полиморфизм – присутствие Эл-та в различ-х кристаллич-х модификациях. Лигир-е эл-ты: 1). увелич. обл. сущ. Ф (алюминий, кремний, хром, V, Mo, W, Ti). 2). Расширяет область сущ-я А. (Ni, Mn, Co, частично углерод). Если расшир-ся обл-ть сущ-я Ф – повышаются точки А1-А3. Ni, Mn, Co – понижают точки А1-А3. При большом сод-нии Ni, Mn, точка А3 может уйти в обл-ть отрицательных Т. Влияние легир-х эл-тов на кинетику распада аустенита. Все легирующие эл-ты, кроме Со сдвигают С-образные кривые 1 и 2 вправо, тем самым уменьшается критическая скорость охлаждения, увелич-ся прокаливаемость. Влияние ЛЭ на мартенситное превращение. Все ЛЭ кроме Со и Аl уменьшают Т начала мартенситного превращения, тем самым увелич-ся доля А остаточного. Если точка Мн сместиться ниже 0 – то будет 100 % аустенита. Для устранения А ост. проводят многократный отпуск, можно проводить обр-ку холодом (жидкий азот). Влияние ЛЭ на рост зерна А. Карбидообр-щие эл-ты сдерживают рост зерно А и делают сталь наследственно мелкозернистыми. Такое влияние пока карбиды этих ЛЭ не растворятся в А, поэтому для этой стали можно завышать Т нагрева и роста зерна не будет. Влияние ЛЭ на превращение при отпуске. ЛЭ смещают превращение при отпуске в обла-ть более высоких Т. Чем выше Т отпуска – тем ниже твердость и прочность, но выше пластичность и вязкость. Красностойкость – способность сохранять твердость при высоких Т нагрева. Для высокоуглеродистых сталей х-на высокая красностойкость (быстро режущая сталь –W,Mo,Cr, V).