МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра

Индивидуальное домашнее задание №3

По дисциплине «»

Тема «Методы управления структурой и свойствами металлических материалов»

Вариант №23

Студент	Гр. 2503
Преподаватель				Карпов О.Н.

Санкт-Петербург

20264 г.

Цель работы: изучение методов управления структурой и свойствами металлических материалов.

Ответы на контрольные вопросы

1) Основные виды термообработки и их значение.

Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, выполняемых в определенной последовательности при определенных режимах, с целью изменения внутреннего строения сплава и получения нужных свойств.

Рис. 1 - Различные виды термообработки: отжиг(1, 1а), закалка(2, 2а), отпуск (3), нормализация (4).

Виды термической обработки:

1. Отжиг I рода – возможен для любых металлов и сплавов. Не сопровождается фазовыми превращениями в твердом состоянии. Повышается подвижность атомов, устраняется химическая неоднородность, уменьшаются внутренние напряжения. Основное значение имеет температура нагрева и время выдержки. Характерным является медленное охлаждение. Разновидностями отжига первого рода являются: диффузионный; рекристаллизационный; отжиг для снятия напряжения после ковки, сварки, литья.

2. 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 ( график 1, 1а).

3. Закалка – проводится для сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии, с целью повышение твердости и прочности путем образования неравновесных структур (сорбит, троостит, мартенсит). Нагрев до температур выше критических и высокая скорость охлаждения.

4. Отпуск – проводится с целью снятия внутренних напряжений, снижения твердости и увеличения пластичности и вязкости закаленных сталей. Характеризуется нагревом до температуры ниже критической А1 (график 3). Скорость охлаждения роли не играет. Происходят превращения, уменьшающие степень неравновесности структуры закаленной стали. Термическую обработку подразделяют на предварительную и окончательную. Предварительная – применяется для подготовки структуры и свойств материала для последующих технологических операций (для обработки давлением, улучшения обрабатываемости резанием). Окончательная – формирует свойство готового изделия.

2) Температурные интервалы нагрева при различных видах термообработки.

Полный (рекристаллизационный) отжиг доэвтектоидных сталей:

Для углеродистых сталей: аустенитизация при t = AC3 + (30-50 ºC) + охлаждение со скоростью 150-200 град/час

Изотермический отжиг – разновидность полного отжига, применяется для легированных сталей.

Аустенитизация + ускоренное охлаждение до t = AC1 - (50-100 ºC) + выдержка до полного распада переохлажденного аустенита.

Неполный отжиг доэвтектоидных сталей: нагрев в интервале АС1-АС3 + охлаждение по режиму полного отжига.

Нормализация – аустенитизация при t = АС3 + (30-50 ºC) для доэвтектоидных сталей и t = А_cm + (30-50 ºC) для заэвтектоидных сталей + ускоренное охлаждение на воздухе.

Температура нагрева сталей под закалку:

-углеродистая доэвтектоидная t_H = AC3 + (30-50 ºC)

-углеродистая заэвтектоидная t_H = AC1 + (30-50ºC)

3) Способы поверхностной закалки.

При поверхностной закалке на некоторую (заданную) глубину закаливается только поверхностный слой, тогда как сердцевина изделия остается незакаленной.

Способы поверхностной закалки: закалка с индукционным нагревом, закалка токами высокой частоты (метода В. П. Вологодина), закалка с газопламенным нагревом, поверхностная закалка при нагреве лазером, импульсивная закалка, плазменная закалка, поверхностная закалка в электролите (метод Ясногородского), электроконтактная закалка, пламенная поверхностная закалка стали.

4) Предварительная и окончательная термообработка.

В зависимости от места в технологическом процессе термическая обработка подразделяется на предварительную и окончательную.

Предварительная термическая обработка, как правило, производится для улучшения технологических свойств заготовок (перед обработкой резанием, холодной штамповкой, прокаткой и другими). В качестве предварительной термической обработки для сталей, как правило, применяют различные виды отжига.

Окончательная термическая обработка производится для придания деталям требуемых эксплуатационных свойств. В качестве окончательной термической обработки для сталей чаще всего применяют закалку с отпуском, а для многих высокопрочных цветных сплавов – закалку со старением.

5) Разновидности химико-термической обработки и достигаемые ими цели.

Химико-термической обработкой (поверхностным легированием) называют обработку, заключающуюся в сочетании термического и химического воздействий на металлы и сплавы для изменения химического состава структуры и свойств в поверхностных слоях.

Виды химико-термической обработки: цементация, нитроцементация, азотирование, цианирование, борирование, силицирование, диффузионное насыщение металлами.

Химико-термическую обработку применяют для повышения твердости, износостойкости, кавитационной и коррозионной стойкости, упрочнения деталей машин, и создавая на поверхности благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличения надежности и долговечности деталей машин

6) Термомеханическая обработка и ее разновидности.

Термомеханическая обработка (ТМО) заключается в сочетании пластической деформации стали в аустенитном состоянии с закалкой. Формирование структуры закаленной стали при ТМО происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распределения дислокаций, обусловленных условиями горячей (тепловой) деформации.

Различают два основных способа термомеханической обработки.

По первому способу, называемому высокотемпературной термомеханической обработкой (ВТМО), сталь деформируют при температуре выше линии, при которой сталь имеет аустенитную структуру. Степень деформации составляет 20—30 %. После деформации следует немедленная закалка во избежание развития рекристаллизации.

По второму способу, называемому низкотемпературной термомеханической обработкой (НТМО), сталь деформируют в температурной зоне существования переохлажденного аустенита в области его относительной устойчивости (400—600 °С); температура деформации должна быть выше точки МН, но ниже температуры. Степень деформации обычно составляет 75—95 %. Закалку осуществляют сразу после деформации.

После закалки в обоих случаях следует низкотемпературный отпуск (100—300 °С). Такая комбинированная ТМО позволяет получить очень высокую прочность при хорошей пластичности и вязкости.

7) Разновидности деформационной обработки.

Процессы обработки металлов давлением подразделяются на две основные группы: процессы металлургического и машиностроительного производства.

К первой группе относят технологии, в основе которых лежит принцип непрерывности технологического процесса (прокатка, прессование, волочение). Продукцию металлургического производства (листы, полосы, ленты, периодический и профильный прокат, трубы, профили, проволоку и т.п.) используют как заготовку в кузнечно-штамповочных и механических цехах и как готовую продукцию для создания различных конструкций.

Во вторую группу входят такие процессы, как ковка, объемная штамповка, листовая штамповка и специальные виды обработки давлением (калибровка, раскатка кольцевых деталей, редуцирование, обката, раздача и т.д.) Эти процессы обеспечивают получение заготовок (полуфабриката) и готовых деталей, не требующих последующей механической обработки.

К основным видам обработки металлов давлением относятся технологические процессы: прокатка, прессование, волочение, ковка, объемная штамповка, листовая штамповка.

8) Термическая обработка цветных металлов и сплавов.

Термическая обработка цветных металлов и сплавов — широко распространенный технологический процесс, обеспечивающий достижение большого разнообразия структур и улучшение физико-механических свойств.

Под термической обработкой цветного металла/сплава понимается нагрев до определенной температуры, после чего следует охлаждение с определенной скоростью. Общая эффективность термической обработки цветного металла/сплава зависит от его предшествующей обработки, от температуры и скорости нагрева, продолжительности выдержки при этой температуре и скорости охлаждения

Процессы термической обработки цветных металлов/сплавов можно разделить на две основные группы: термическая обработка, целью которой является получение структуры, максимально приближающейся к равновесному состоянию, и термическая обработка, целью которой, наоборот, является достижение неравновесного состояния. В некоторых случаях обе упомянутые группы процессов взаимно перекрываются.

К первой группе относятся рекристаллизационный отжиг деформированного материала, далее отжиг для снятия внутренних напряжений и, наконец, гомогенизационный отжиг отливок. Ко второй группе, которая считается иногда термической обработкой в узком смысле слова, относится термическая обработка с получением неравновесного состояния, т. е. так называемое дисперсионное отверждение