Введение в материаловедение

Термообработка заключается в закалке с температурой 820–840 градусах Цельсия и низком отпуске при температурах 60–64HRC, легированных 57–60HRC.

Маленькая твердость после ХТО легированных сталей обусловлена повышенным содержанием в структуре аустенита остаточного, для утранения которого после закалки, иногда проводят обработку холодом.

Для цементироания применяют стали с низким содержанием углерода 0.15–0.25%.

43.

3. Классификация по составу

По составу легированные стали классифицируются в соответсвии с названием основных легирующих элементов(например хромо–никелевых, хромо–никель вольфрам и…,)

4. Классификация по названию:

а)Конструкционные стали, которые до потребителя подвергаются термической обработки. В связи с этим их подразделяют на цементуемые(подвергаемые цементированию и улучшению,  подвергаемые закалке и высокому отпуску).

Несколько в стороне, но тоже относятся к конструкционным, которые у потребл. тело не подвергаются термообработке.

б)Инструментальные стали–стали предназначенные для изготовления режущего инструмента(углеродистые, легированные, быстро–режущие, штамповые).

в)стали и сплавы с особыми свойствами–это материалы с каким–либо ярко выраженным свойством(например: жаростойкие, коррозиционно стойкие, магнитные, электротехнические м т.д.).

Маркировка легированных сталей

Легированные стали маркируют цифрами и буквами. Первая цифра указывает на процентное содержание углерода в сотых долях. Следующей далее буквой указывают на прочность элемента, который образуется этой буквой. Если за буквой стоит цифра она обозначает в целых проценты. Если цифры нет, то содержимое этого элемента порядка 1%.

Буква: А если в средине маркировки, то N, в конце маркировки, то сталь улучшенного качества.

Б-Nb(необий), В-W, Г-Mn, Д-Cu, К-Co(кобаоьт)

М-Mo(нолептен), Н-Ni, П-P

P если в средине маркировки В(бор), если в начале, то указывает на то, сто сталь быстрорежущая, инструментальная.

С-Si(кремний), Т-Ti(титан), Ф-V(ванадий),           Х-Cr(хром), Ч-РЗМ(редкоземельный)

СИ если в начале маркировки, то указывает, что сталь торикоподминниковая, если в средине–Mg(магний), Ю-Al

18ХГТ прибл. равно 0.18 углерода, порядка 1% хрома, 1% магния, 1% титана остальное железо.

20Х2НЧВА прибл. равно 2.0% углерода, 2% хрома, 4% никеля, 1%-W углеродного качества.

44. Цементуемые стали.

К ним относятся стали с содержанием углерода от 0.1 до 0.25%. Эти стали подвергают цементации с последующей закалкой и низким отпуском при температуре порядка 150-200 градусов Цельсия. В зависимости от габаритов детали для их изготовления могут использоваться сталь 10–сталь 25 или лигидов. Однако основным показателем, который отличает цементуемые стали от других является содержание углерода. После цементной и термической обработки твердость цементованного слоя составляет около 58–62HRC.

34. Выбор температуры нагрева закалки.

Температура нагрева под закалки выбирается исходя из состава стали. Нагрев осуществляется выше критических точек A1 или A3. Для доэвтектоидных сталей на 30-50 град. Выше критической точки Ac3 линия GS. После нагрева и выдержке следует охлаждение со скоростью выше критической, результатом такого охлаждения является структура мартенсита. А в сталях более 0.5% и до 0.8% помимо мартенсита в структуре сохраняется аустенит остаточный. Это вызвано тем, что положение точки конца мартенситного положения снижается в область отрицательных температур. Для доэвтектоидных сталей, нагрев под закалку выше Ac1. (PSK) – линия не проводиться. Последнее вызвано тем, что после закалки в структуре стали, будет присутствовать фирит. Фирит  является наиболее мягкой структурой составляющей, что приводит к возникновению мягких пятен. Этот дефект получил название пятнистой твердости. Фирит располагается между иглами мартенсита, который образовался из аустенита. Температура нагрева для заэвтектоидной стали напротив, осуществляется на 30-50 град. Выше Ac1. Это обусловлено тем, что после закалки в структуре стали, сохраняется цементит, который является наиболее твердой структурной составляющей, дополнительно повышает прочностные св-ва. Структура заэвтектоидных сталей после закалки: мартенсит, цементит и аустенит остаточный. Причиной, по которой заэвтектоидные стали, не нагревают выше Acm(линия SE) является то, что эта линия располагается при более высоких температурах и в результате происходит рост зерна аустенита, а это в свою очередь приводит к получению после закалки крупно-игольчатого мартенсита. Крупно-игольчатый мартенсит по сравнению с мелко-игольчатым обладает пониженным значением ударной вязкости.

ВРЕМЯ НАГРЕВА ПОДЗАКАЛКИ

Нагрев деталей приводят в печах, в печах-ваннах индукционным нагревом, пламенем ацетиленокислородной горелки. В качестве нагревающей среды в печах-ваннах используют соли, смесь солей (BaCl2 и NaCl). Ванны применяют для нагрева до температур 1400-1450град. Общее время нагрева складывается из времени нагрева до заданной температуры и времени требуемой для прогрева детали. При нагреве в печах (камерных) вследствие контакта с окислительной средой (воздух) происходит обезуглероживание поверхностного слоя или окисление поверхностной детали. С целью предотвращения появления этих дефектов, нагрев проводят в кипящем слое, который представляет собой частицы …,через который пропускают горячий воздух. В кипящий слой  помещают обрабатываемые детали.

СКОРОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИ ЗАКАЛКЕ

Охлаждать при закалке следует с не одной скоростью. Важно чтобы в 1-й момент охлаждения скорость была замедлена, замедлена  и в последующий момент. Особенно при протекании мартенситного превращения. Такая не равномерная скорость охлаждения выбирается из тех соображений, что С образные кривые имеют максимум в районе температур 500-560град. Поэтому аустенит, переохлажденный в районе этих температур имеет минимальную устойчивость. Выше и ниже перегиба С образных кривых аустенит более устойчив и скорость охлаждения должна быть меньше. При температуре мартенситного превращения замедленное охлаждение нужно, для того чтобы снизить напряжение, которое вызывается структурными превращениями. В качестве закалочных средств используют воду, водные растворы, масло. В воде подвергают закалке углеродные стали. В масле – легированные. Некоторые легированные стали, закаливают на спокойном воздухе. Выбор типа охлаждения среды зависит от критической скорости закалки конкретной стали. Чем ниже скорость закалки, тем выбирают охладитель менее интенсивно охлаждающий. При погружении нагретой детали, охлаждающую среду выделяют 3 участка или стадии охлаждения, отличающихся интенсивностью охлаждения.

1-я стадия – возникает в момент погружения детали. Вокруг детали паровая рубашка. На этой стадии интенсивность не велика.

2-я стадия – происходит разрушение паровой рубашки, и контакт детали с окружающей средой на поверхности детали охлаждающаяся среда кипит. Второй период получил название пузырчатого кипения. Это наиболее интенсивно охлажденная сталь.

3-я – температура детали становится соизмеримой с температурой охлаждающей среды. Начинается охлаждение детали за счет конвективного теплообмена. Скорость на этой стадии минимальна. Вода является наиболее охлаждающей средой, но воде присущ ряд недостатков:

1.Слишком быстрое охлаждение детали, в области температур мартенситного превращения и за счет этого может возникнуть термическое …….короблению металлов и трещинообразованию.

2.Вода имеет узкий интервал в стадии пузырчатого кипения. В стадии, на которой происходит наиболее интенсивное охлаждение.

3.Охлаждающаяся способность воды резко уменьшается с повышением ее температуры.

С целью расширения интервала пузырчатого кипения в воду добавляют различные соли или кислоты. Масло по сравнению с водой имеет низкую скорость охлаждения, поэтому его используют при закалке легированных сталей. Однако масло имеет существенный недостаток - –низкую температуру воспламенения.

ЗАКАЛИВАЕМОСТЬ И ПРОКАЛИВАЕМОСТЬ

Под закаливаемостью понимают способность стали к повышению твердости

Под прокаливанием понимают способность стали закаливаться на определенную глубину.

Глубина закаленной зоны является критерием прокаливаем ости. Обычно детали имеют более высокую твердость на поверхности и меньшую в сердцевине. Это объясняется теплопроводностью стали. Однако большинство деталей должны прокаливаться насквозь. Для обеспечения сквозной прокалки и контроля на ней был введен термин – критический диаметр. Под которым понимают максимальную размерность сечения детали, которая прокаливается насквозь. Для этого, чтобы закалить деталь насквозь в данном охладителе, необходимо чтобы критический диаметр Dкр больше диаметра сечения детали.

Содержание

1.Значение и задачи курса материаловедения. Роль материалов в современной технике.

2.Металловедение, как наука свойств металлов и сплавов в связи с их составом и структурой. Типы связей в твёрдых телах (ионная, ковалентная, металлическая).

3.Атомно-кристаллическое строение металлов. Типы кристаллических решёток. Период, баланс, координационное число кристаллических решёток.

4.Кристаллографическое обозначение атомных плоскостей и направлений. Анизотропия металлов.

5.Дефекты кристаллического строения (точечные, линейные, поверхностные).

6.Кристаллизация металлов. Термодинамические основы фазовых превращений. Особенности жидкого состояния. Образование и рост кристаллических зародышей. Кинетика кристаллизации чистых металлов.

7.Факторы, влияющие на процессы кристаллизации. Величина зерна. Модифицирование жидкого металла.

8.Строение металлического слитка. Полиморфные превращения в металлах.

9.Упругая и пластическая деформации металлов. Механизм пластической деформации металлов.

10.Механические свойства металлов (,HD)

11.Влияние холодной пластической деформации на структуру и свойства металлов.

12.Наклёп. Текстура деформации. Возврат (отдых, полигонизация).

13.Рекристаллизация (первичная и собирательная). Факторы, влияющие на размер зерна после рекристаллизации. Холодная и горячая деформация.

14.Определение терминов: сплав, система, компонент, фаза. Правило фаз.

15.Твёрдые растворы. Химические соединения. Промежуточные фазы. Механические смеси.

16.Диаграммы состояния двойных сплавов. Построение диаграмм состояния сплавов экспериментальным путём.

17.Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов. Правило отрезков без выводов.

18.Диаграмма состояния для сплавов с неограниченной растворимостью в твёрдом состоянии.

19.Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твёрдом состоянии (диаграмма с эвтектикой и перитектикой).

20.Диаграмма состояния для сплавов, образующих химические соединения (устойчивым химическим соединением).

21.Диаграмма состояния железо-цементит. Компоненты, фазы и структурные составляющие стали и чугунов, их характеристики.

22.Углеродистые стали общего назначения. Их классификация.

23.Нагаратованная сталь, листовая сталь для холодной штамповки. Автоматныестали.

24.Диаграммы состояния F.......... . Белый, серый, высокопрочный, ковкий чугун, структура. Маркировка чугунов. Модифицированный серый чугун.

25.Основные виды термической обработки стали.

26.Превращения стали при нагреве. Рост зерна аустенита. Влияние величины зерна на свойства. Перегрев, пережог.

27.Диаграммы изотермического распада переохлаждённого аустенита. Перлитное превращение. Продукты термического распада аустенита и их свойства.

28.Промежуточные превращения и свойства продуктов распада.

29.Мартенсит, его строение и свойства. Мартенситное превращение его особенности.

30.Превращения при нагреве закалённой стали. Влияние температуры и продолжительность нагрева на строение и свойства закалённой стали.

31.Обратимая и необратимая отпускная хрупкость.

32.Общая характеристика процессов термической обработки стали.

33.Отжиг второго рода (полный, неполный, изотермический, низкий, нормализация). Структура.

34.Выбор температуры закалки стали, время нагрева. Скорость охлаждения при закалке. Закаливаемость и перекаливаемость стали.

35.Способы закалки стали. Обработка холодом.

36.Отпуск стали. Виды и назначение отпуска.

37.Поверхностная закалка стали, её виды и область применения.

38.Физические основы химико-термической обработки стали.

39.Цементация стали (всё о цементации).

40.Азотирование стали (всё об азотировании).

41.Цианирование стали (всё о цианировании).

42.Диффузионная металлизация.

43.Конструкционные стали. Классификация. Маркировка легированных сталей и сталей общего назначения.

44.Цементуемые стали (всё о цементации).

45.Улучшаемые стали. 46.Пружинные стали.

47.Шарикоподшипниковые стали.

48.Нержавеющие конструкционные стали.

49.Классификация и маркировка инструментальных сталей. Требования к инструментальным сталям.

50.Инструментальные стали пониженной прокаливаемости.

51.Инструментальные стали повышенной прокаливаемости. 52.Быстрорежущие стали.

53.Твёрдые сплавы. 54.Алюминий и его свойства.

55.Сплавы алюминия.

56.Подшипниковые алюминиевые сплавы.

57.Пригон для алюминиевых сплавов. 58.Медь и её свойства.

59.Латуни, их свойства, маркировка, применение.

60.Бронзы оловянистые, алюминиевые, кремниевые, бериллиевые.

61.Цинк и его сплавы. Олово и его сплавы. Припой. Антифрикционные сплавы на оловянной, свинцовой и цинковой основе. 62.Производство чугуна. 63.Производство стали.64.Основы обработки металлов давлением. Прокатка. Волочение. Прессование. Свободная ковка. Объёмная штамповка, листовая штамповка.

Наклёп, возврат и рекристаллизация.

При пластической деформации металлов происходит изменение формы и размеров кристалла, изменение его пространственной кристаллографической ориентации, изменение внутреннего строения зерен.

Под действием нагрузки зерна вытягиваются в направлении деформации. Одновременно происходит ориентация кристаллографических плоскостей, относительно кристаллических направлений.. Формируется так называемая текстура (кристаллографическая текстура). Чем выше деформация, тем развитее становится текстура. В процессе пластической деформации  увеличивается и количество дефектов кристаллического строения таких, как вакансии и дислокации. Плотность дислокации увеличивается с 106=108 см –2 до 1011-1012 см-2. Для некоторых металлов в процессе пластической деформации формируется ячеистая структура. Дислокация останавливается в определенных  местах образуются границы ячеек, внутри которых находятся области практически свободные от дислокации. При больших степенях деформации плотность дислокации   на границах возрастает. Границы становятся четкими – это так называемые субзернами, т.о. при пластической деформации происходит образование текстуры, увеличивается количество дефектов кристаллографического строения. Происходит увеличение угла разъориетации между отдельными ячейками (для некоторых металлов).