1.Сущность термической и химико-термической обработки сталей, современные технологии обработки сталей

Термическая обработка сталей. Классификация.

Термической обработкой называется- совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры. Различают следующие виды термической обработки: отжиг, закалка, отпуск и нормализация. Отжиг заключается в нагреве стали до определённых температур, выдержки и медленном охлаждении, при этом получается структура для заэвтектоидной – перлит + цементит. Цель отжига – измельчение зерна, выравнивание химического состава, получение равновесной структуры, снятие напряжений, увеличение пластичности и снижение твёрдости, восстановление магнитных свойств электротехнических сталей, частично утраченных при обработке. Различают следующие виды отжига: полный, неполный, изотермический, диффузионный, рекристализационный.

Нормализация – заключается в нагреве стали до температуры на 30 – 50 выше критических точек Аl и А (лежат на отрезках GS и SE соотвественно) выдержке и охлаждении на воздухе (например сталь У13 нагревают до температуры 940 С + (30-50)). (однородная мелкозернистая структура, пластичность и ударная вязкость).

Закалка – стали заключается в нагреве доэвтектоидной и заэвтектоидной сталей выше критической линии (РSK) выдержке при данной температуре и последующем охлаждении со скоростью больше критической, обеспечивающей переохлажденного аустенита в мартенсит. Мартенсит перенасыщенный твердый раствор углерода в альфа- железе. Для достижения высокой скорости охлаждения закаливаемые детали погружают в воду(для углеродистых сталей) или минеральные масла (для легированных сталей).

Отпуск стали – вид термической обработки, следующий за закалкой и заключающий в нагреве стали до определённой температуры (ниже линии РSK) выдержки и охлаждении. Цель отпуска – получение более равновесной по сравнению с мартенситом структуры, снятие внутренних напряжений, повышение вязкости и пластичности. Различают низкий, средний и высокий отпуск.

При низком отпуске снижаются внутренние напряжения, при среднем происходит снижение твердости и увеличение упругости и улучшение сопротивляемости действию ударных нагрузок, при высоком отпуске снижается твердость и повышается вязкость. При термической обработке наблюдаются 4 основных превращения: 1 превращение перлита ( П) в аустенит (А) П- А. П- это Fea +Fe3C.А – это Fej(C) Fea+Fe3C- Fej(C).

2 превращение А –П (Fej(C)-Fea +Fe3C).

3. превращение А- в мартенсит. Мартенсит – это пересыщенный твердый раствор углерода в Fea т.е А- М(Fej(C)- Fea(C)).

4 превраащение М в ферритно- цементную смесь, т.е.Fea(C)- Fea+ Fe3C. Первое превращение протекает выше линии PSK(т.А1), остальные ниже этой линии. Превращение П в А в полном соответствии с диаграммой состояния Fe – C совершается лишь при очень медленном нагреве. Реальные превращения протекают в интервале t выше т.А1. окончание превращения характеризуется образованием А и исчезновением П. В начальной момент времени образовавшиеся вновь зерна А весьма неоднородны по химическому составу, там где в П были пластины цементита, содержащего С больше чем там, где были участки Ф. Для получения однородного по химическому составу А его либо существенно перегревают выше т.А1 или выдерживают при этой t значительное время, чтобы завершились процессы диффузии С внутри зерен А.

Современные технологии термической обработки сталей.

Традиционные методы заключаются в объемном нагреве детали и различные скорости охлаждения, но колен.валы, длинномерные изделия, корпусные изделия, требуют местного улучшения механических свойств, не по всему сечению, не по всей длине детали, а только участками, поэтому в современном машиностроении часто применяют следующие методы закалки: токами высокой частоты, - лазерная закалка, - плазменная закалка. Эти методы отличает высокая производительность, низкое тепловое воздействие на деталь, нагревается только тот участок детали, который требуется, вся остальная деталь остается холодной, это уменьшает коробление изделия и повышает его качество.

Феррит – представляет собой твердый раствор углерода в Fey. Концентрация углерода от 0,01 до 0,1%. Феррит- мягкая пластинчатая структура составляющая (y3=300MПа ; δ = 40%; НВ= 900МПа).

Аустенит – Представляет собой твердый раствор углерода в Fy. Аустенит пластичен но прочнее феррита (НВ = 1600-200 МПа).

Цементит- представляет собой химическое соединение- карбид железа (Fe3C). Содержание углерода 6,67%. Очень твёрдый (НВ= 8000МПа)и хрупок.

Химико-термическая обработка сталей. Классификация. Назначение, области применения.

ХТО- процесс изменения химического состава, структуры и свойств поверхности стальных деталей за счет насыщения ее различными химическими элементами. При этом достигается значительное повышение твердости и износостойкости поверхности деталей при сохранении вязкой сердцевины. К видам ХТО относятся: цементация, азотирование, цианирование и др.

Цементация – процесс насыщения поверхностного слоя стальных деталей углеродом. Цементация проводится при температуре 880- 950˚С. Различают 2 осн.вида цементации- газовую и твердую.

Газовая – проводится в газе, содержанием метан и оксид углерода. Твердая цементация проводится в стальных ящиках, куда укладываются детали вперемешку с карбюризатором (порошок древесного угля с добавкой солей натрия или бария). Цементация подвергают, стали с низким содержанием углерода (0,1-0,3%). В результате на поверхности концентрация углерода возрастает до 1,0- 1,2%. Толщина цементируемого слоя составляет 1-2,5мм. После цементации обязательно проводят закалку, а затем низкий отпуск. Азотированием – процесс насыщения поверхности стали азотом. При этом повышается не только твердость и износостойкость, но и коррозионная стойкость. Проводится азотирование при температуре 500-600˚С в среде аммиака, в течении длительного времени (до 60 ч). Твердость стали повышается за счет образования нитридов легирующих элементов. Азотирование подвергаются, легированные стали, среднеуглеродистые стали. Глубина азотированного слоя достигает 0,3-0,6мм, твердость поверхностного слоя по Виккерсу доходит до 1200 (при цементации 900). Цианирование – (нитроцементация)- процесс одновременного насыщения поверхности сталей углеродом и азотом. Проводится цианирование в расплавах цианистых солей натрия или калия или газовой среде, содержащей смесь метана и аммиака. Низкотемпературное цианирование проводится при температуре 500-600˚С. Глубина цианированного слоя 0,2- 0,5 мм. При высокотемпературном – температура составляет 800-950С. Глубина цианированного слоя составляет 0,6- 2мм. За ним следует закалка с низким отпуском. Чаще всего применяются цементация и нитроментация.