11. Термомеханическая обработка

Как было отмечено, термомеханическая (термопластическая) об­работка заключается в совмещении двух способов упрочнения — пластической деформации и фазовых изменений.

Применительно к стали термомеханическая обработка (ТМО) за­ключается в наклепе аустенита с последующим его превращением.

Рис. 58. Классификационная схема ТМО

Наиболее распространенными видами ТМО являются (рис. 58):

высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО), которая состоит из деформирования аустенита выше температуры рекристаллизации (t_p, рис. 58) обычно выше критических точек и быстрого охлаждения;

низкотемпературная термо­механическая обработка (НТМО), которая состоит из деформирова­ния аустенита ниже t_p, т. е. не­стабильного аустенита переохла­жденного ниже критических точек с последующим охлаждением и фазовым превращением.

Имеется еще много других ва­риантов ТМО, различающихся условиями нагрева или охлажде­ния, характером деформации и другими деталями, описывать ко­торые здесь не представляется возможным.

Объединяет все варианты ТМО то, что аустенит в результате пластической деформации претерпевает изменения, которые в какой-то степени (может быть даже полностью) передаются мартенситу. В результате сталь упрочняется, как за счет мартенситной реакции, но и дополнительное упрочнение вносят дефекты строения, унаследованные мартенситом от деформированного аустенита.

Резюме

Термомеханическая (термопластическая) об­работка заключается в совмещении двух способов упрочнения — пластической деформации и фазовых изменений.

Термомеханическая обработка (ТМО) за­ключается в наклепе аустенита с последующим его превращением.

Виды ТМО: высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО)- деформирование аустенита выше температуры рекристаллизации t_p (обычно выше критических точек) и быстрое охлаждение; низкотемпературная термо­механическая обработка (НТМО) - деформирова­ние аустенита ниже t_p (ниже критических точек) с последующим охлаждением и фазовым превращением.

Вопросы для повторения

1. Что такое термомеханическая обработка,

2. Какие виды ТМО известны?

3. В чем отличие видов ТМО?

12. Цветные металлы и сплавы

12.1. Медь и ее сплавы

Медь используется человеком с давних времен и отмечена в истории культуры бронзовым веком. Наи­более важное свойство меди, обеспечившее ей широкое применение, — хорошие электропроводимость и тепло­проводность, высокая пластичность и способность образо­вывать технологичные сплавы, которые отлично обраба­тываются и обладают хорошими механическими свой­ствами.

Температура плавления меди 1083 °С, кипения 2360 °С. Предел прочности чистой меди не очень высок и состав­ляет 220 МПа. Ее кристаллическая решетка—кубическая гранецентрированная с параметрами а = 0,361 нм. Плот­ность меди 8,93 г/см³, твердость почти в 2 раза меньше, чем у железа.

Рис. 59. Диаграмма состояния медь—цинк

Наиболее распространенными и известными сплавами меди являются латуни и бронзы. Латунями называют группу сплавов меди с цинком. В группу латуней входят томпак (90 % Сu и более, остальное — цинк) и много других, не только двойных, но и более сложных сплавов. Механическая прочность латуней выше, чем меди; они хорошо обрабатываются резанием. Латуни широко используют в приборостроении, общем и химиче­ском машиностроении.

Наибольшее применение нашли латуни, содержащие до 38 % Zn, так как до этого предела (согласно диаграмме состояния) существует твердый раствор замещения меди цинком и, следовательно, сохраняется кристаллическая решетка куба с центрированными гранями (рис. 59).

Эти латуни пластичны, хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, коррозионностойки. Вследствие близкого расположения линий ликвидуса и солидуса в системе медь — цинк латуни имеют хорошие литейные свойства (большую жидкотекучесть, отсутствие ликва­ции, малую усадку и др.). Но при их заливке в формы необходима хорошая вентиляция цеха, так как пары, выделяющиеся из жидких латуней, вредно влияют на организм человека.

Медно-цинковые латуни выпускают восьми марок и обозначают русской буквой Л; следующая за буквой цифра указывает средний процент меди в этом сплаве. Марка с максимальным содержанием меди Л96, с мини­мальным — Л60. Латуни более сложного состава в обо­значении имеют после буквы Л другую букву, а цифры, размещенные после цифры, показывающей процент меди, указывают процент добавок в марке латуни. Например, ЛС59-1 означает латунь свинцовая, содержащая 57— 60 % Сu и 0,8—1,5 Pb; ЛМцА-57-3-1 — латунь марганцово-алюминиевая, содержащая 55,0—58,5%Сu, 2,5—3,5 % Мn и 0,5—1,5 % А1. Все добавляемые к латуни элементы обозначают русскими буквами: О — олово, Ц — цинк, С — свинец, Ж — железо, Мц — марганец, Н — ни­кель, К — кремний, А — алюминий и т.д.

Добавки этих металлов к латуням необходимы для улучшения их механических свойств или обрабатывае­мости, а также повышения коррозионной стойкости. Микроструктура латуни при­ведена на рис. 60.

Рис.60. Микроструктура латуни, х200:

а - α-латунь, б - α+β-латунь

Широко известны сплавы меди с оловом, называемые бронзами (рис.61). Из бронзы еще в древности делали оружие и инструменты, сосуды и украшения, так как эти сплавы более прочны и коррозионностойки, чем медь.

Благодаря отличным литейным качествам из этих сплавов в более позднее время стали отливать пушки и колокола. Малый коэффициент трения и устойчивость к износу делает их незаменимыми при изготовлении вкладышей подшип­ников, червяков и червячных колес, шестерен и других деталей ответственных и точных приборов.

Рис.61. Структура литой бронзы с 6% Sn, х200: а) после отжига, б) до отжига

Бронзы маркируют русскими буквами Бр; справа ставят элементы, входящие в бронзу: О — олово, А — алюминий, Ф — фосфор, Т — титан и другие, обозначае­мые так же, как и в латунях, но цифры, стоящие за бук­вами, обозначают среднее содержание добавок этих до­полнительных элементов в бронзе (цифры, обозначающие процентное содержание меди в бронзах, не ставят). На­пример, БрОЦ4-3 означает, что в бронзе содержится в среднем 4 % Sn, 3 % Zn, остальное медь. Сплавы, со­держащие небольшое количество олова, образуют твердый раствор замещения меди оловом, имеющим кристаллическую решетку куба с центрированными гранями, т. е. решетку, аналогичную решетке чистой меди.

Большинство современных бронз редко содержат больше 7 % Sn и обычно имеют однофазную структуру, состоящую из твердого раствора олова в меди. Олово дороже и дефицитнее меди. Поэтому широкое применение нашли заменители — в первую очередь алюминиевые бронзы как простые БрА5, так и более сложные БрАЖМцЮ-3-1,5.

Сплавы меди с небольшими добавками алюминия (до 10 %) характеризуются хорошей жидкотекучестью, малой ликвацией, хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии, так как эти сплавы образуют однофазный твердый раствор алюминия в меди. Добавки никеля, железа, марганца и свинца улучшают механические и не­которые технологические свойства алюминиевых бронз.

Высокими механическими свойствами, пластичностью и коррозионной стойкостью отличаются кремниевые бронзы, например БрКН-1-3, содержащая 0,6—1,1 % Si; 2,4—3,4 % Ni и 0,1—0,4 % Мn. Антифрикционными свойствами обладают бронзы БрОЦС4-4-4, содержащие по 3—5 % олова и цинка, и 3,5—4,5 % свинца.

Очень большой прочностью и упругостью славятся бериллиевые бронзы БрБ2, в состав которых входят 1,8—2,1 % Be, 0,2—0,5 % Ni (остальное медь) и др. Из них изготовляют пружины, пружинящие контакты ответственных приборов и пр.