- •А. Н. Минков
- •Содержание
- •1 Конструкционная прочность и пути её повышения
- •1.1 Общие положения
- •1.2 Конструкционная прочность материалов
- •1.2.1 Общие положения
- •1.2.2 Механические свойства и способы их
- •1.3 Методы повышения конструкционной
- •1.4 Железоуглеродистые сплавы - основные
- •1.4.1 Общие положения
- •1.4.2 Углеродистые стали
- •1.4.3 Чугуны
- •2 Термическая обработка
- •2.1 Общие положения термической обработки
- •2.2 Превращения при нагревании и охлаждении стали
- •2.2.1 Образование аустенита при нагревании
- •2.2.2 Превращения аустенита при охлаждении
- •2.2.3 Превращения мартенсита при нагревании
- •2.3 Виды термической обработки
- •2.3.1 Отжиг
- •2.3.2 Закалка
- •Vкрит.- критическая скорость закалки
- •2.3.3 Отпуск
- •2.3.4 Дефекты термической обработки
- •2.4 Поверхностное упрочнение
- •2.4.1 Общие положения
- •2.4.2 Поверхностная закалка
- •2.4.2.1 Закалка с индукционным нагревом
- •2.4.2.3 Поверхностная закалка в электролитах
- •2.4.2.4 Закалка с нагревом лазерным лучом
- •2.4.3 Химико-термическая обработка (хто)
- •3 Легированные стали
- •3.1 Общие положения
- •Легированные стали можно классифицировать:
- •- По структуре в равновесном состоянии;
- •- По структуре образцов после охлаждения на воздухе;
- •- По назначению.
- •3.2 Конструкционные стали
- •3.2.1 Стали повышенной обрабатываемости
- •3.2.2 Низкоуглеродистые стали для цементации
- •3.2.3 Среднеуглеродистые стали для улучшения
- •3.2.4 Рессорно-пружинные стали
- •3.2.5 Подшипниковые стали
- •3.2.6 Высокопрочные стали
- •3.2.7 Износостойкие стали и сплавы
- •3.3 Инструментальные стали
- •3.3.1 Общие положения
- •3.3.2 Стали для режущего инструмента
- •3.3.2.1 Углеродистые и легированные инструментальные стали
- •3.3.2.2 Быстрорежущие стали
- •3.3.3 Штамповые стали
- •3.3.4 Стали для измерительных инструментов
- •3.4 Специальные стали
- •3.4.1 Коррозионностойкие (нержавеющие) стали
- •3.4.2 Жаростойкие стали и сплавы
- •3.4.3 Жаропрочные стали и сплавы
- •3.4.4 Магнитные стали и сплавы
- •4 Цветные металлы и сплавы
- •4.1 Алюминий и сплавы на его основе
- •4.1.1 Общая характеристика алюминия
- •4.1.2 Алюминиевые сплавы
- •4.2 Магний и сплавы на его основе
- •4.2.1 Общая характеристика магния и его сплавов
- •4.2.2 Деформируемые магниевые сплавы
- •4.2.3 Литейные магниевые сплавы
- •4.3 Титан и сплавы на его основе
- •4.3.1 Общая характеристика титана и его сплавов
- •4.3.2 Промышленные титановые сплавы
- •4.4 Бериллий и сплавы на его основе
- •4.4.1 Свойства бериллия
- •4.4.2 Бериллиевые сплавы
- •4.5 Медь и ее сплавы
- •4.5.1 Общая характеристика меди и её сплавов
- •4.5.2 Латуни
- •4.5.3 Бронзы
- •5 Неметаллические конструкционные материалы
- •5.1 Пластические массы
- •5.2 Стекло
- •5.2.1 Строение и состав неорганических стекол
- •5.2.2 Ситаллы
- •5.2.3 Органическое стекло
- •5.3 Древесина
- •Список литературы
- •Курс лекций по дисциплине
- •Для студентов механических специальностей
- •Часть 2 «Материаловедение»
2.3.4 Дефекты термической обработки
Дефекты при отжиге могут возникать вследствие несоблюдения режимов нагрева и охлаждения, применения слишком высоких или слишком низких температур, чрезмерной продолжительности нагрева.
При слишком быстром нагреве, особенно изделий крупных размеров, в результате теплового расширения наружных слоев в середине изделия могут возникнуть большие растягивающие напряжения, вызывающие образование трещин. На опасность возникновения трещин необходимо обращать особое внимание при нагреве сталей с плохой теплопроводностью и высоким коэффициентом теплового расширения, например аустенитных.
До достижения температуры отжига необходимо обеспечить выравнивание температуры, особенно для крупных изделий. Неравномерный нагрев приводит к неравномерной структуре и тем самым к получению различных механических свойств в разных сечениях изделия.
При слишком высоких температурах отжига и чрезмерно длительных выдержках происходит образование крупнозернистой структуры, называемой структурой перегрева. Перегрев стали возможен при нагреве слитков и заготовок для горячей деформации.
Перегрев характеризуется крупнокристаллическим блестящим изломом. Он может быть устранен последующим отжигом с фазовой перекристаллизацией, нормализацией или закалкой с высокотемпературным отпуском.
Очень большой перегрев, кроме сильного роста зерна, может вызвать окисление и оплавление границ зерен. Такой дефект называется пережогом и является неисправимым браком.
Неправильно проведенная закалка может привести к недостаточной и неравномерной твердости, короблению и образованию трещин.
Недостаточная твердость закаленной стали объясняется низкой температурой нагрева под закалку, недостаточной длительностью выдержки при правильной температуре или недостаточно интенсивным охлаждением. В первом случае мартенсит не обладает достаточной твердостью из-за исходного негомогенного аустенита. При недостаточно интенсивном охлаждении в структуре стали могут присутствовать продукты диффузионного распада аустенита.
Образование мягких пятен также является следствием недостаточного прогрева или недостаточно интенсивного охлаждения.
Повышенная хрупкость стали появляется в результате закалки от слишком высоких температур, при которых произошел значительный рост зерен аустенита. Устраняют этот дефект повторной закалкой от нормальных температур для этой стали.
При проведении термической обработки наличие газов в атмосфере печи (кислорода, водяного пара, углекислого газа, окиси углерода и др.) вызывает обезуглероживание и окалинообразование.
Обезуглероживание стали связано с выгоранием углерода в поверхностных слоях. Толщина обезуглероженного слоя может достигать 1,5 – 2 мм
Обезуглероживание поверхности металла обусловливает неравномерную и неполную восприимчивость к закалке, например, инструментальных сталей. Кроме того, обезуглероживание способствует снижению усталостной прочности, ухудшению химических свойств поверхности.
Окисление стали в процессе нагревания ведет к образованию на поверхности окалины, состоящей из соединений железа с кислородом FеО, Fе2О3, Fе3О4. Масса этого слоя может составлять 1-2% от массы заготовки.
Для защиты от окисления и обезуглероживания выполняется светлый нагрев, который осуществляется в печах с защитной атмосферой или вакуумных печах.
Используются также инертные газы – атмосферы, не вступающие во взаимодействие ни с одним из металлов или сплавов и с углеродом. Наиболее широкое применение в промышленности находят аргон и гелий. Необходимо отметить, что применение инертных атмосфер требует их тщательной очистки от кислорода, двуокиси углерода и других газов, а также глубокой осушки.
В последнее время получает распространение нагрев в «кипящем» слое. Если продувать горячий воздух сквозь слой, состоящий из мелких частиц (обычно, корундовых диаметром 200…500 мкм), то такой слой «кипит», превращаясь как бы в жидкость. В него можно погружать изделие и осуществлять нагрев при продувании горячего воздуха. Вместо воздуха можно использовать другие среды, в том числе и нейтральные. «Кипящий» слой может служить и закалочной средой при продувании через него холодного воздуха.
С целью защиты изделия от обезуглероживания и окалинообразования при отсутствии печей с защитной атмосферой нагрев можно осуществлять в ящиках или трубах, замазанных глиной, а также в ящиках с засыпкой древесным углем или чугунной стружкой.