Основы практики термической обработки Термической обработкой icon

Основы практики термической обработки Термической обработкой


Смотрите также:
10-я Международная научно-техническая конференция «Технологии термической и химико-термической...
Примерная программа дисциплины теория термической обработки металлов и сплавов рекомендовано...
«Повышение эксплуатационного ресурса твердосплавных режущих пластин химико-термической...
«Использование информационных технологий для исследования многокомпонентных нитридных покрытий...
Контроль качества термической обработки порошковой стали 50Н2М по магнитным измерениям...
Рабочая программа учебной дисциплины "основы термической обработки" Цикл...
Приборы и материалы...
Закономерности превращения...
Новая сталь для прецизионных подшипников кулешов В. Е...
Химические способы обработки субстрата для вешенки...
Учебно-методический комплекс...
Повышение износостойкости тангенциальных резцов проходческих комбайнов совершенствованием...



Загрузка...
скачать
Основы теории термической обработки рассмотрим на лекции.


Основы практики термической обработки


Термической обработкой называют совокупность операций нагрева металла до определенной температуры, выдержки при этой температуре и охлаждения с определенной скоростью. Целью термической обработки является придание металлу необходимых механических и физических свойств в результате изменения внутреннего строения (структуры) металла.

Термической обработке подвергают большинство заготовок (полуфабрикатов) и изделий из стали и цветных сплавов. Именно термическая обработка позволяет изменять структуру металла в нужном направлении и позволяет получать необходимый уровень твердости, прочности, пластичности и других свойств.

^ Режим термической обработки характеризуют следующие основные параметры: скорость и режим нагрева, максимальная температура нагрева, время выдержки в печи при температуре нагрева, и скорость и режим охлаждения.

Термическая обработка является одним из наиболее распространенных в современной технике способов получения заданных свойств металла. Термическую обработку используют либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости полуфабриката давлением, резанием и др., либо как окончательную операцию технологического процесса, обеспечивающую заданный уровень физико-механических свойств детали.

^ Основные виды термической обработки: отжиг, нормализация, закалка, отпуск, старение.

I. Отжиг – термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла до определенной температуры, выдержки и охлаждении с отключенной печью (т.е. с минимально возможной скоростью, порядка 50-100 град/час).


Если в результате каких-либо предшествующих воздействий (например, при холодной пластической деформации) металл находится в структурно неравновесном состоянии, то при нагреве, вследствие увеличения подвижности атомов, в металле создается более равновесная структура. Отжиг, при котором нагрев и выдержку металла производят с целью приведения его в более устойчивое состояние за счет снятия напряжений, уменьшения искажений кристаллической решетки, рекристаллизации, называют отжигом первого рода, так как он не связан с превращениями в твердом состоянии. Такой отжиг возможен для любых металлов и сплавов.

Если в сплаве при нагреве происходит фазовое превращение (полиморфное или растворение второй фазы), то нагрев выше некоторой критической температуры сопровождается изменением в строении сплава. При последующем охлаждении произойдет обратное превращение. Если охлаждение достаточно медленное, то превращение будет полным, а фазовый состав будет соответствовать равновесному состоянию. Такой отжиг называют отжигом второго рода или фазовой перекристаллизацией.

В зависимости от химического состава углеродистой стали отжиг второго рода может быть полным и неполным.


Виды отжига


^ 1. Полный отжиг, т.е. нагрев в область аустенита. Полному отжигу подвергают доэвтектоидные стали (со структурой перлит + феррит). При нагреве выше критической точки Ас3 происходит полная перекристаллизация стали и соответственно образование структуры аустенита. Температура нагрева должна превышать точку Ас3 на 30-50 град. В этом случае мы получим структуру мелкозернистого аустенита. При несоблюдении такого интервала перегрева может сохраниться часть феррита (при недогреве), а при перегреве произойдет рост зерна аустенита. При последующем медленном охлаждении в результате протекания эвтектоидного превращения происходит распад аустенита с образованием структуры перлита и феррита. Если до отжига в виду определенных причин структура была крупнозернистой (сталь с такой структурой обладает неудовлетворительными механическими свойствами), то при фазовой перекристаллизации образуется структура мелкозернистого аустенита, которая при последующем охлаждении превращается в мелкозернистую структуру перлита и феррита.

^ 2. Неполный отжиг доэвтектоидной стали. Если ферритная составляющая удовлетворительна, то проводят более экономичную операцию – неполный отжиг. При этом нагрев производят до температуры выше Ас1, но ниже Ас3. При этом произойдет перекристаллизация только перлитной составляющей.

3. Неполный отжиг заэвтектоидной стали. Заэвтектоидные стали подвергают неполному отжигу, так как полный отжиг приводит к появлению цементитной сетки по границам зерен пластинчатого перлита, что приводит к резкому снижению пластичности стали. Неполный отжиг, то есть нагрев стали выше температуры Ас1 на 30-50 град – основной способ получения структуры зернистого перлита. Неполный отжиг заэвтектоидных сталей называют также сфероидизацией. Структурой зернистого перлита должны обладать инструментальные стали. Структура зернистого перлиат обеспечивает хорошую обрабатываемость режущим инструментом заготовки (например, на токарном, фрезерном станке). Кроме того, структура зернистый перлит имеет малую склонность к перегреву (росту зерна аустенита) при окончательной термообработке инструмента - закалке.

^ 4. Изотермический отжиг. В заводской практике с целью экономии времени чаще проводят изотермический отжиг. Сталь нагревают выше критической точки, быстро охлаждают до температуры, лежащей на 50-100 град ниже равновесной точки А1 и выдерживают до полного распада аустенита. Поскольку температуру контролировать легче, чем скорость охлаждения, такой отжиг дает более стабильные результаты. В настоящее время изотермический отжиг применяют чаще, чем отжиг с непрерывным охлаждением, особенно для легированных сталей, так как это сокращает продолжительность операции.

5. Диффузионный отжиг (гомогенизация) – это нагрев стали до высоких температур (1000 – 1100 град), длительная выдержка и охлаждение с печью. Такой отжиг необходим литой стали, которая обычно характеризуется неоднородностью состава, дендритной и зональной ликвацией. Нагрев до высоких температур и выдержка при них приводят к устранению дендритной ликвации. После такой обработки структура стали становится крупнозернистой. Поэтому после гомогенизации необходим обычный отжиг для исправления структуры.

^ 6. Рекристаллизационный отжиг. Такой отжиг проводят для восстановления структуры и свойств наклепанного металла.

7. Отжиг для снятия внутренних напряжений без изменения структуры металла.


II. Нормализация – это термическая операция, которая заключается в нагреве стали до аустенитного состояния (выше А3 или выше Аcm) и охлаждение на воздухе.

Нормализацию можно рассматривать как разновидность отжига второго рода.

При нормализации охлаждение проводят на спокойном воздухе. При этом скорость охлаждения составляет 200–250 град/час. Нормализация – более дешевая операция, чем отжиг, т.к. печи используют только для нагрева и выдержки при температуре нормализации. Охлаждение осуществляют на воздухе, вне печи.

Отжиг и нормализация обычно являются первоначальными операциями термической обработки, цель которых – устранить дефекты предыдущих операций горячей обработки (литья и ковки), или подготовить структуру к последующим технологическим операциям (например, обработке резанием или закалке). Однако довольно часто отжиг, а особенно нормализация, являются окончательной термической обработкой. Это происходит в том случае, когда после отжига или нормализации сталь имеет свойства, удовлетворительные с точки зрения эксплуатации детали, и не требуется дальнейшего их улучшения с помощью закалки и отпуска.

Для низкоуглеродистых нелегированных сталей разница в свойствах между отожженным и нормализованным состояниями практически отсутствует. Эти стали рекомендуется подвергать не отжигу, а нормализации. Для среднеуглеродистых сталей (0,3 – 0,5%С) различие в свойствах стали после отжига и нормализации существенно. В этом случае нормализация не может заменить отжига. Но для этих сталей (если речь не идет о деталях ответственного назначения) нормализация может заменить более дорогую термическую обработку – улучшение. Нормализация в этом случае придает стали по сравнению с отожженным состоянием более высокую прочность, но по сравнению с улучшенным состоянием нормализованная сталь имеет несколько меньшую пластичность и вязкость.

^ III. Закалка – это термическая операция, которая заключается в нагреве сплава до определенной температуры и охлаждении с высокой скоростью. В зависимости от того происходит ли в сплаве полиморфное превращение, цель закалки различна. Если в сплаве не протекает полиморфного превращения, закалкой можно зафиксировать при комнатной температуре высокотемпературное структурное состояние. Если в сплаве протекает полиморфное превращение, что происходит, например, в углеродистой стали, закалку применяют для получения другой структуры – мартенсита.

^ Закалка углеродистой стали – это термическая операция, которая заключается в нагреве стали выше температуры фазового превращения, выдержке при этой температуре и охлаждении с высокой скоростью, выше некоторой критической.

^ Критическая скорость охлаждения – это минимальная скорость, охлаждая с которой в стали не происходит диффузионного распада аустенита с образованием структур перлитного типа, таких как перлит, сорбит, тростит, а также бейнит. При охлаждении со скоростью выше критической в стали происходит бездиффузионное (сдвиговое) превращение. Образовавшаяся в результате такого превращения структура названа в честь ученого-металлурга Мартенса мартенсит.

Мартенсит - это пересыщенный твердый раствор углерода в феррите. Мартенсит – это неравновесная (метастабильная) структура, которая характеризуется максимальной твердостью и прочностью (для данной марки стали), но пластичность при этом практически равна нулю.

^ IY. Отпуск – заключительная термическая операция, состоящая в нагреве закаленного сплава ниже температуры фазового превращения (для углеродистой стали это ниже температуры Ас1), выдержке и охлаждении на воздухе. Целью отпуска является получение более равновесной структуры, снятие внутренних напряжений, повышение вязкости и пластичности.

Различают три вида отпуска.

^ 1. Низкий отпуск углеродистой стали проводят при температуре 150-2000С. Целью низкого отпуска является снижение внутренних напряжений и некоторое уменьшение хрупкости при сохранении высокой твердости, прочности и износостойкости изделий. Структура стали в результате низкого отпуска представляет собой мартенсит отпуска или мартенсит отпуска и вторичный цементит. Закалке и низкому отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент, а так же изделия, которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью (например, штампы для холодной штамповки или валки прокатных станов). Закалке и низкому отпуску подвергают стали с 0,7 – 1,3 %С.

^ 2. Средний отпуск проводят при температуре 350 - 450 град С. При этом происходит некоторое снижение твердости при значительном увеличении предела упругости и улучшения сопротивляемости действию ударных нагрузок. Структура стали после среднего отпуска – тростит отпуска (дисперсная механическая смесь феррита и зернистого цементита). Закалку и средний отпуск проводят для пружин, рессор, ударного инструмента (Средний отпуск применяют для стали с содержанием углерода 0,5 – 0,65 %).

^ 3. Высокий отпуск проводят для среднеуглеродистых сталей с содержанием углерода 0,3 – 0,45%. Он заключается в нагреве закаленной стали до температуры 550 - 650 0С. Цель высокого отпуск – достижение оптимального сочетания прочности, пластичности и вязкости. Структура стали после закалки и высокого отпуска – сорбит отпуска (мелкая смесь феррита и зернистого цементита, более крупного по сравнению с цементитом тростита отпуска). Термическая обработка, состоящая из закалки и последующего высокого отпуска, является основным видом термической обработки изделий из конструкционных сталей, подвергающихся в процессе эксплуатации действию высоких напряжений и ударных, часто знакопеременных нагрузок. Закалку с последующим высоким отпуском называют улучшением.

Y. Старение. Подробно рассмотрим на лекции при рассмотрении дуралюминов.




Скачать 77.52 Kb.
оставить комментарий
Дата30.09.2011
Размер77.52 Kb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

отлично
  2
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх