matznav_tkm_DKR

t, oC

Аустеніт

Рисунок 2.6 – Позначення критичних точок діаграми Fe-Fe3C

Повний відпал

Неповний

відпал

Рекристалізаційний

відпал

Рисунок 2.7 – Вибір температур відпалу для доевтектоїдних та заевтектоїдних сталей

23

середовищах. Відпуск є остаточним видом термообробки і проводиться для зняття внутрішніх напружень, підвищення пластичності і в'язкості загартованої сталі.

Хіміко-термічна обробка сталі Хіміко-термічною обробкою (ХТО) називають процес, який

представляє собою поєднання термічного і хімічного впливу з метою зміни хімічного складу, мікроструктури і властивостей поверхневого шару заготовки. Для зміни хімічного складу заготовку нагрівають в активному середовищі, витримують протягом певного часу при заданій температурі, а потім охолоджують.

Під час цього відбувається дифузійне збагачення поверхневого шару заготовок неметалами або металами з метою поверхневого зміцнення. В результаті утворюється дифузійний шар, що відрізняється від основного металу хімічним вмістом, структурою та властивостями. З підвищенням температури та часу витримки товщина дифузійного шару зростає.

ХТО змінює хімічний вміст і структуру поверхневого шару, тоді як поверхневе гартування — лише структуру. Тому різниця у властивостях поверхні та середини в деталях після хіміко-термічної обробки більш значна, ніж у поверхнево загартованих деталях. Результати ХТО не залежать від форми деталей. Проте поверхневе гартування продуктивніше.

До найпоширеніших способів ХТО належать цементація, азотування, ціанування, нітроцементація, алітування, силіціювання та інші.

Цементація сталі Цементацією називають процес дифузійного насичення вуглецем

поверхневого шару сталевих заготовок. Мета цементації в комплексі з подальшою термообробкою — надати поверхні деталі високої твердості та зносостійкості, зберігши в'язку серцевину. Як правило, цементують сталі з

25

низькою масовою часткою вуглецю в межах від 0,1 до 0,25%. Перед цементацією заготовки попередньо обробляють різанням, залишивши припуск (0,05...0,1мм) на шліфування. Після ХТО концентрація вуглецю найбільша на поверхні заготовки (0,8...1,0%) і поступово зменшується в глибину. Значення ефективної глибини находиться в інтервалі від 0,5 до 2мм.

Дифузійна металізація Дифузійна металізація — дифузійне насичення поверхневих шарів

переважно сталевих виробів різними металами (алюмінієм, хромом) і металоїдами (кремній, бор) при високій температурі. Дифузійна металізація зумовлює підвищення корозійної стійкості, жаро- і зносостійкості.

Хромування — дифузійне насичення хромом поверхонь переважно сталевих виробів з метою підвищення до 800 ° С жаростійкості, корозійної стійкості (у воді, морській воді та азотній кислоті) та поверхневої твердості. Глибина дифузійного шару 0,2...0,25мм. Підвищенню поверхневої твердості до 1200...1300НV сприяє вуглець у сталі в кількості понад 0,3%, який утворює карбіди заліза і хрому.

Силіціювання – насичення сталі кремнієм. При цьому підвищується корозійна стійкість виробів, однак цей вид хіміко-термічної обробки не отримав широкого використання в техніці.

Завдання до виконання контрольної роботи 1. Оберіть режим термічної обробки деталі із сталі зазначеної марки для

отримання заданих властивостей і обґрунтуйте його. На основі діаграм стану залізо-цементит, ізотермічного розпаду аустеніту і графіка термічної обробки напишіть про перетворення в структурі заданої сталі, використовуючи дані табл. 2.1.

26

2. Для того, щоб відповісти на поставлене питання, необхідно знати діаграму станів Fe-Fe3C, принципи класифікації сталей і процеси, що відбуваються при нагріванні й охолодженні, а також класифікацію видів термічної обробки та їх призначення. Відповідаючи на ці питання, потрібно накреслити необхідну ділянку діаграми стану залізо-цементит і нанести на неї ординату сплаву, відповідного завданням. На ординаті варто вказати температуру нагріву для заданого виду термообробки, обрати охолоджуюче середовище.

27

3.У координатах температура-час необхідно побудувати графік термічної обробки. При цьому час нагрівання, витримки та охолодження можна призначити умовно. Необхідно вказати мету того чи іншого виду термічної обробки, обґрунтувати обрану температуру нагрівання, описати перетворення, що відбуваються при критичних температурах. Вказати структуру в початковому, проміжному і кінцевому станах.

4.Відповісти на питання.

1.Що таке аустеніт, ферит, цементит, перліт, сорбіт, тростит, мартенсит?

2.Що таке термічна обробка? Що таке критичні точки?

3.Що таке відпал, нормалізація, гартування, відпуск?

4.Види відпуску?

5.З якою метою обирається низький, середній і високий відпуск?

6.Структура після відпалу доевтектоїдної сталі.

7.Структура після гартування доевтектоїдної сталі.

8.Структура після відпалу заевтектоїдної сталі.

9.Структура після гартування заевтектоїдної сталі.

10.З якою метою проводиться нормалізація заевтектоїдної сталі?

11.Як обирається температура нагріву доевтектоїдних сталей для гартування, нормалізації та відпалу?

12.Як проводиться вибір температури нагріву заевтектоїдних сталей для нормалізації?

13.Як проводиться вибір температури нагріву заевтектоїдних сталей для гартування і відпалу?

28

Завдання №3 РОЗРАХУНОК ГУСТИНИ ПОЛІКРИСТАЛІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ

РЕНТГЕНОГРАФІЧНИМ МЕТОДОМ

Мета роботи – вивчити методику розрахунку густини кристалічних речовин, використовуючи результати рентгенографічного експерименту, і розрахувати рентгенографічну густину заданої кристалічної речовини.

Теоретичні відомості Густина – одна з найбільш важливих властивостей матеріалів, що

характеризує співвідношення між масою і об’ємом, що значною мірою визначає їхні властивості, а також економічні показники виробництва та реалізації товарної продукції.

Методи визначення об'ємної, відносної і насипної густини твердих матеріалів умовно можна розділити на дві основні групи: об'ємно-вагові і які засновані на використанні фізичних констант. Теоретичну густину кристалічних речовин визначають за допомогою рентгенографічного методу (розраховану таким чином густину називають рентгенографічної).

Рентгенографічний метод визначення густини має переваги: не вимагає спеціальних приладів, пристроїв і пристосувань для визначення маси і розмірів зразка, не залежить від інших фізичних властивостей речовини (досить і порошкового зразка масою не більше 1г).

Густина - міра кількості речовини (маси) в одиниці об'єму:

ρ = m /V , кг/м3.

Густина, визначена для однорідних речовин, може розглядатися як теоретична. Густиною, близькою до теоретичної, володіють, як правило,

29

метали, рідини, деякі полімери та ін. Для неоднорідних речовин використовують поняття «середня густина».

Густина - величина, що визначається відношенням маси m неоднорідної речовини до об'єму Ve (включаючи наявні в ньому пори і порожнечі):

ρcp = m /Ve .

Для інженерних розрахунків використовуються поняття «відносна густина» і «насипна густина».

Відносна густина - відношення густини речовини до густини еталонної речовини ρem при певних зовнішніх умовах:

ρom = ρ / ρem .

Густину твердих і рідких матеріалів зазвичай порівнюють з густиною води при температурі 4 ° С (1000 кг/м3).

Насипна густина ρn - маса одиниці об'єму вільно насипаних дисперсних матеріалів (наприклад, цемент, пісок, мінеральна вата та ін.)

Основи теорії Параметри, сингонія і об’єм елементарної комірки

У природі, тверді речовини можуть перебувати в аморфному і кристалічному станах. В аморфних речовинах атоми (молекули) розташовані довільно. Для кристалічних речовин характерним є впорядковане взаємне розташування атомів, іонів и молекул. До кристалічних речовин відносяться метали та їх сплави у твердому стані.

Будова кристалічної речовини графічно зображується у вигляді кристалічної решітки, яка складається з елементарних комірок. Елементарні комірки за ознакою симетрії діляться на сім сингоній (сингонія кристалів - класифікаційна ознака симетрії елементарної комірки кристала, що характеризується співвідношеннями між її параметрами), кожна з яких

30

характеризується певним співвідношенням між довжинами ребер і кутами між ними: кубічну, гексагональну, тетрагональну, тригональну, ромбічну, моноклінну і триклинну (рис. 3.1). Кубічна решітка є найпростішою кристалічною решіткою твердого тіла.

Рисунок 3.1 – Кристалографічні сингонії: а - кубічна; б - тетрагональна; в - ромбічна; г - моноклінна; д - триклинна е- тригональна; ж – гексагональна

Довжини ребер в елементарній комірці кристала відносяться до параметрів кристалічної решітки. Зокрема, кубічні решітки визначає один параметр – довжина ребра куба.

Кристалічна решітка, в цілому, характеризується параметрами решітки; кутами між осями координат α , β ,γ ; координаційним числом, коефіцієнтом компактності η і числом формульних одиниць Z .

Координаційне число – число найближчих рівновіддалених сусідніх атомів, що оточують кожен атом у кристалі.

31

Коефіцієнт компактності решітки η – відношення об’єму, зайнятого атомами, до всього об’єму решітки.

Числом формульних одиниць називають число атомів, що припадають на одну елементарну комірку.

Об’єм елементарної комірки кристалічної речовини визначається виходячи з сингонії її кристалічної комірки і формально-геометричних міркувань (додаток Д1).

Поняття про число атомів в елементарній комірці Більшість металів утворюють одну з таких кристалічних решіток з

щільною упаковкою атомів: об’ємноцентровану кубічну (ОЦК), гранецентровану кубічну (ГЦК) і гексагональну, щільно упаковану (ГЩУ) (рис. 3.2). Знаючи вид кристалічної решітки, можна розрахувати число атомів в елементарній комірці.

Рисунок 3.2 – Кристалічні решітки металів: а-об'ємноцентрована кубічна; б - гранецентрованої кубічна; в – гексагональна, щільно упакована.

32