12 Билет
1)Технологические и эксплуатационные свойства материалов (см. 18 билет)
2)Особенности отжига и нормализации. Отжиг первого рода. 1. Диффузионный (гомогенизирующий) отжиг.
Применяется для устранения ликвации, выравнивания химического состава сплава.
В его основе – диффузия. В результате нагрева выравнивается состав, растворяются избыточные карбиды. Применяется, в основном, для легированных сталей. Температура нагрева зависит от температуры плавления, ТН = 0,8 Тпл.
Продолжительность
выдержки:
часов.
2. Рекристаллизационный отжиг
проводится для снятия напряжений после холодной пластической деформации.
Температура нагрева связана с температурой плавления: ТН = 0,4 Тпл.
Продолжительность зависит от габаритов изделия.
3.
Отжиг для снятия напряжений после
горячей обработки (литья, сварки,
обработки резанием, когда требуется
высокая точность размеров). Температура
нагрева выбирается в зависимости от
назначения, находится в широком
диапазоне: ТН = 160……700
Продолжительность
зависит от габаритов изделия. Детали
прецизионных станков (ходовые винты,
высоконагруженные зубчатые колеса,
червяки) отжигают после основной
механической обработки при температуре
570…600
в течение 2…3 часов, а после окончательной
механической обработки, для снятия
шлифовочных напряжений – при температуре
160…180
в течение 2…2,5 часов.
Отжиг второго рода. Отжиг II рода – отжиг металлов и сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении. Проводится для сплавов, в которых имеются полиморфные или эвтектоидные превращения, а также переменная растворимость компонентов в твердом состоянии. Проводят отжиг второго рода с целью получения более равновесной структуры и подготовки ее к дальнейшей обработке. В результате отжига измельчается зерно, повышаются пластичность и вязкость, снижаются прочность и твердость, улучшается обрабатываемость резанием.
Характеризуется нагревом до температур выше критических и очень медленным охлаждением, как правило, вместе с печью.
Нормализация — вид термической обработки стали, заключающийся в нагреве её выше верхней критической точки, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на спокойном воздухе. Цель нормализации — придание металлу однородной мелкозернистой структуры (не достигнутой при предыдущих процессах — литье, ковке или прокатке) и как следствие — повышение его механических свойств (пластичности и ударной вязкости). При нормализации низко- и среднеуглеродистой стали происходит распад Аустенита с образованием смеси Феррита с Перлитом или Сорбитом. Фасонное стальное литьё подвергают нормализации для устранения грубозернистой литой структуры, обусловливающей низкие механические свойства отливок, катаную и кованую сталь — для устранения различий в структуре, вызванных условиями деформации и охлаждения. Режим нормализации определяется температурой нагрева (аустенитизации), временем выдержки при этой температуре и скоростью охлаждения. Температура нагрева при нормализации на 20—50 °С выше верхней критической точки. Время выдержки должно быть минимальным, обеспечивающим равномерный прогрев по сечению изделия. Скорость охлаждения на спокойном воздухе обычно составляет 150—250 °С/ч; однако при нормализации массивных изделий скорость охлаждения должна регламентироваться в зависимости от их размеров и состава стали в соответствии с кинетикой превращений аустенита. Увеличение скорости нагрева, минимально возможные температуры и время выдержки обеспечивают получение более мелкого зерна аустенита и более дисперсной смеси перлита или сорбита с ферритом.
3)Химико-термическая обработка. Сущность цианирования и диффузионной металлизации. Химико-термическая обработка (ХТО) стали - совокупность операций термической обработки с насыщением поверхности изделия различными элементами (углерод, азот, алюминий, кремний, хром и др.) при высоких температурах. Поверхностное насыщение стали металлами (хром, алюминий, кремний и др.), образующими с железом твердые растворы замещения, более энергоемко и длительнее, чем насыщение азотом и углеродом, образующими с железом твердые растворы внедрения. При этом диффузия элементов легче протекает в решетке альфа-железо, чем в более плотноупакованной решетке гамма-железо. Химико-термическая обработка повышает твердость, износостойкость, кавитационную, коррозионную стойкость. Химико-термическая обработка, создавая на поверхности изделий благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает надежность, долговечность.
Цианирование (нитроцементация) – это процесс одновременного насыщения стальных деталей, содержащих 0,2–0,4 % углерода, атомарными азотом и углеродом на глубину до 2,0 мм с последующей закалкой и низким отпуском. Цианирование может производиться в жидких и газообразных средах. Цианирование в жидких средах осуществляется в ваннах с расплавом цианистых солей. Например, при составе ванны (массовая доля)KCN – 40 % и NaCN – 60 %, процесс протекает при температуре 550–600 °С (низкотемпературное цианирование). Происходит преимущественное насыщение поверхности детали атомарным азотом. Продолжительность процесса от 5 до 60 мин, глубина цианированного слоя от 0,006 до 0,045 мм. При цианировании в расплавах состава (массовая доля) NaCN – 60 %, NaCI – 25 %, Na2CO3 – 15 % процесс протекает при температуре 820–960 °С (высокотемпературное цианирование). Происходит преимущественное насыщение поверхностного слоя материала детали атомарным углеродом на глубину до 2,0 мм при продолжительности процесса 10–40 мин. Цианирование в жидких средах связано с расходом дорогих цианистых солей и требует особых мер защиты рабочих от паров цианистых ванн. Цианирование в газовых средах осуществляется в муфельных печах смесью цементирующего (природного) газа и аммиака в отношении 4:1. Различают низкотемпературное газовое цианирование (550–650 °С) при котором поверхностный слой материала детали насыщается атомарным азотом на глубину не более 0,1 мм за время 30 мин. При высокотемпературном газовом цианировании (900–980 °С) происходит преимущественное насыщение поверхности детали атомарным углеродом. В течение 6–7 ч можно получить глубину слоя до 1,8 мм. Диффузионная металлизация – это процесс насыщения поверхностей стальных деталей различными металлами. Наиболее часто применяют металлизацию алюминием (алитирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование), бором (борирование). Одновременное насыщение поверхностей хромом и алюминием или хромом и вольфрамом называют хромоалитированием, хромовольфрамированием. Алитирование повышает жаростойкость (окалиностойкость) деталей, работающих при температурах до 900 °С. Оно осуществляется в порошкообразной смеси, содержащей (массовая доля): алюминия 49 %, оксида алюминия 39 % и хлористого аммония 12 %. Детали укладывают в стальной ящик, пересыпают смесью. Процесс идёт при температуре в печи 950–1050 °С в течение 4–12 ч. На поверхности детали образуется тонкая тугоплавкая (температура плавления более 2000 °С) плёнка оксида алюминия (AL2O3) толщиной 0,1–1 мм, предохраняющая металл от окисления. Силицирование – это диффузионное насыщение поверхностных слоёв стальных деталей кремнием. Силицированные детали обладают повышенной стойкостью против коррозии в морской воде и кислотах и повышенной износостойкостью. Выполняется силицирование в порошкообразных смесях, в газовой и жидкой средах (расплавах) при температуре от 950 до 1200 °С.