Тема 1.4. Формирование структуры деформированных металлов и сплавов

Студент должен:

знать: особенности пластической деформациимоно- и поликристаллов

диаграмму растяжения металлов; явления возврата и рекристаллизации.

Пластическая деформация моно- и поликристаллов. Диаграмма растяжения металлов. Пластическая деформация поликристаллических металлов. Деформирование двухфазных сплавов. Свойства пластически деформированных металлов.

Возврат и рекристаллизация.

Литература: (1) стр. 14... 18, (2) стр. 24...37, 81...86

Методические указания

При изучении каждого метода определения свойств металлов в конспект нужно выписывать его достоинства, недостатки и область применения.

11

Нужно совершенно точно знать обозначение и единицы измерений различных свойств материалов, установленные ГОСТом.

При изучении испытания на растяжение вычертите в конспекте диаграммы растяжения для пластичных и хрупких материалов и укажите характерные точки на них. Нужно знать, какие характеристики прочности и пластичности определяются при испытании на растяжении. Выпишите в конспект все формулировки (пределов упругости, пропорциональности, физического и условного предела текучести, предела прочности).

Способы определения твердости не требуют изготовления специальных образцов, просты в выполнении и производительны. Выпишите в конспект область применения каждого способа, его достоинства и недостатки. Зная числа твердости по Бринеллю, можно приблизительно определить и прочность материала, так как их единицы одинаковые, а у мягких материалов чем больше твердость, тем больше и прочность. Однако обязательно нужно иметь в виду, что прочность и твердость - это не одно и тоже.

Определение ударной вязкости особенно важно для материалов, которые идут на изготовление деталей, работающих с ударными нагрузками, потому что металлы с одинаковой пластичностью могут иметь разную вязкость. Выпишите в конспект факторы, которые влияют на ударную вязкость, практически не влияя на другие свойства (величина зерна, количество фосфора в стали и др.).

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите характеристики пластичности, прочности и вязкости материалов.

2. Какие характеристики пластичности определяются при испытании на растяжение?

3. Укажите характерные точки на диаграмме растяжения.

4. Что называется твердостью?

Тема 1.5 Термическая и химико-термическая обработка металлов и сплавов

Студент должен:

иметь представление:

о перспективах развития термической и химико-термической обработки материалов; о возможных дефектах материалов при термической и химико- термической обработке материалов;

знать: основные виды и процессы термической и химико-термической

обработки материалов и ставов; влияние термической и химико- термической обработки на структуру и свойства материалов и сплавов; основное оборудование для термической и химико- технической обработки;

уметь: обосновывать выбранный режим термической обработки;

проводить термическую обработку сталей и сплавов.

О

12

пределение и классификация видов термической обработки. Превращения в металлах и сплавах при нагреве и охлаждении. Основное оборудование для термической обработки. Виды термической обработки стали: отжиг, нормализация, закалка, отпуск закаленных сталей. Поверхностная закалка сталей. Дефекты термической обработки и методы их предупреждения и устранения. Термомеханическая обработка, виды, сущность, область применения.

Определение и классификация основных видов химико-термической обработки металлов и сплавов. Цементация стали. Азотирование стали. Ионное (плазменное) азотирование и цементация. Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами.

Лабораторная работа №2

Литература: 1, с. 91... 123, 133... 134: 2 с. 156...227

Методические указания

Современная техника предъявляет всевозрастающие требования к механическим свойствам металлов, которые в значительной степени можно улучшить путем термической и химию - термической обработки. Увеличение прочности деталей во многих случаях разрешает уменьшить их габариты и массу, что дает огромную экономию металла.

Изучение этой темы начните с процессов, протекающих при охлаждении аустенита с различной скоростью. Разберите диаграмму распада аустенита и изотермического распада аустенита при непрерывном охлаждении (С - образные кривые), а также структуры, получающиеся при разной скорости охлаждения аустенита. Запомните, что перлит, сорбит и троостит- это двухфазные структуры, представляющие собой ферритно - цементитную смесь различной степени дисперсности (размельченное), они имеют пластинчатое строение.

При большой скорости охлаждения диффузия углерода не успевает произойти, происходит только аллотропическое превращение железа, поэтому из аустенита получается однофазная структура - мартенсит, который представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в альфа - железе, он имеет игольчатое строение. Запомните, что чем больше скорость охлаждения аустенита, тем тверже получающиеся структуры. Нужно знать, какая температура называется мартенситной точкой. В углеродистых сталях начало мартенситного превращения происходит при температуре около 200°С.

Только после усвоения влияния скорости охлаждения на получающиеся структуры и свойства стали переходите к изучению различных видов термической обработки.

Любая термическая обработка состоит из нагрева до заданной температуры, выдержки и охлаждения с заданной скоростью, поэтому термическую обработку обычно выражают графически в координатах температура — время. В зависимости от температуры нагрева и скорости охлаждения различают следующие основные виды термической обработки: отжиг, нормализацию, закалку и отпуск. Нужно знать цель и сущность каждого вида термической обработки, практику его проведения, а главное — какую структуру и свойства приобретает сталь в результате проведения каждого вида термической обработки.

13

При изучении процесса отжига разберите, в каких случаях какой метод отжига наиболее целесообразно применять, каким сталям дают полный отжиг, а каким неполный. Легированные стали и крупные поковки требуют очень медленного охлаждения, поэтому применение для них изотермического отжига разрешает значительно увеличить производительность.

Закалка-один из наиболее важных видов термической обработки. При изучении закалки прежде всего отметьте, как выбирается температура нагрева в зависимости от содержания углерода в стали. Нужно знать, что для доэвтектоидной стали всегда дают полную закалку, так как при неполной закалке остаётся феррит, который образует мягкие участки, а для заэвтектоидной стали можно давать неполную закалку, так как остающийся цементит твердость не снижает. Нужно знать охлаждающие среды и требования к ним. Следует иметь в виду, что при чрезмерном увеличении скорости охлаждения получаются большие внутренние напряжения, коробления и могут быть трещины. Поэтому, если мартенсит можно получить при охлаждении в масле, не нужно деталь охлаждать в воде. Запишите, что называется прокаливаемостью стали и как на нее влияет критическая скорость закалки. Разберите основные методы закалки, применяемые на практике, и в каких случаях какой метод целесообразно применять.

В сталях, у которых мартенситная точка лежит ниже 0°С, после закалки может остаться большое количество остаточного аустенита. Для таких сталей, например легированных инструментальных или для постоянных магнитов, для уменьшения количества остаточного аустенита после закалки производят обработку холодом, то есть охлаждение ниже 0°С, разработанную А. Г1. Гуляевым.

В результате закалки в деталях всегда возникают внутренние напряжения в связи с резким охлаждением и фазовыми превращениями. Для уменьшения напряжений, повышения вязкости, иногда для снижения твердости после закалки всегда следует отпуск. Большей частью отпуск является окончательной термической обработкой, которая определяет конечную структуру, а значит, и свойства деталей. Сделайте график зависимости механических свойств стали в зависимости от температуры отпуска. Нужно хорошо знать температуры при различных видах отпуска, какая получается структура после каждого вида отпуска, и для каких деталей обычно применяется низкий, средний и высокий отпуск. Наилучшим сочетанием между прочностью и вязкостью обладает сорбит отпуска, поэтому термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется улучшением стали.

Детали, которые должны иметь твердость только на поверхности, подвергаются поверхностной закалке. В результате поверхностной закалки увеличивается также общая прочность деталей, так как увеличивается предел усталости.

При изучении процессов химико—термической обработки нужно обращать внимание на температуру процесса, химический состав стали (особенно на процентное содержание углерода) для данного вида химико - термической обработки и на необходимость термической обработки после того или иного вида химико—термической обработки. Каждый вид химико—термической обработки имеет свою область применения, определенные достоинства и недостатки. Рассматривать их нужно именно с этой точки зрения и выписывать это в конспект.

П

14

ри изучении цементации особое внимание уделите газовой цементации как наиболее прогрессивному методу, который разрешает наиболее полно осуществить механизацию и автоматизацию процесса. Обязательно запомните, что твердость поверхностного слоя после цементации получается только при последующей закалке, сердцевина при этом остается вязкой, так как стали с малым содержанием углерода практически не калятся.

Достоинства азотирования—твердость не снижается при повторных нагревах до 500—600°С и увеличивается сопротивление коррозии в неэлектролитах. Но азотирование процесс очень дорогой непроизводительный, поэтому применять его следует только в тех случаях, когда никакая другая обработка не обеспечивает нужных свойств, например ддя деталей, которые подвергаются истиранию и работают в условиях коррозии, или для деталей, которые подвергаются истиранию и во время работы могут периодически нагреваться до 500—600°С.

При изучении цианирования обратите внимание на свойства цианированного I слоя в зависимости от температуры, при которой производится цианирование, и на область применения низко, средне и высокотемпературного цианирования. Высокотемпературное цианирование обычно производится в газовой среде. Этот процесс называется нитроцементацией.

Нужно иметь представление о диффузионной металлизации хромом, алюминием и другими элементами, понимать принципиальное отличие диффузионного насыщения поверхности металлами от гальванических покрытий, а главное - назначение каждого метода.

Вопросы для самоконтроля

1. Влияние скорости охлаждения на продукты распада аустенита.

2. Какая скорость охлаждения называется критической скоростью закалки?

3. Какая температура называется мартенситной точкой?

4. Какая разница между мартенситной и перлитной точкой?

5. Какое практическое значение имеет термическая обработка для уменыггени размеров и массы деталей машин и механизмов, экономии металла?

6. Чем отличается процесс нормализации от отжига?

7. Как влияет критическая скорость закалки на выбор охлаждающей среды при закалке?

8. Какая структура получается в стали после ступенчатой и после изотермической закалки?

9. Зачем после закалки производится отпуск стали?

10. Перечислите основные виды отпуска.