Раздел 5. Термическая обработка стали

Программа. Виды термической, механической и химико-термической обработки. Свойства сталей, приобретаемые в результате обработки.

Методические указания. Все марки сталей подвергают механической, термической или химико-термической обработке, при которых металл приобретает заданные физические свойства.

Первичная обработка включает наклеп, возврат и рекристаллизацию.

Наклеп – механическая обработка, при которой в структуре металла возрастает число линейных дефектов (дислокаций), происходит пластическая деформация и упрочнение металла. Наклепанный металл имеет меньшую плотность, меньшую теплопроводность, более высокую электропроводность, меньшую коррозионную устойчивость.

Возврат – воздействие температуры, при котором снижается плотность дислокаций, происходит изменение микроструктуры металла.

Дальнейший нагрев взывает рекристаллизацию – появление новых зерен в текстуре металла. Рекристаллизация приводит к разупорядочению металла и перераспределению примесей.

Вторичная обработка включает отжиг, закалку, отпуск, старение. Отжиг может быть двух видов: отжиг I рода и отжиг II рода. Отжиг I рода осуществляют ниже температуры фазовых превращений, отжиг II рода – выше температуры фазовых превращений.

Закалка может быть низкой – при невысокой температуре и высокой – при повышенной температуре.

Отпуск – медленное, длительное воздействие от повышенной температуры до комнатной.

Старение – еще более медленное воздействие при нормальной температуре.

Все эти виды термической обработки придают металлу заданные механические свойства.

Химико-термическая обработка имеет целью упрочнение поверхностных слоев металлических изделий и повышение их коррозионной стойкости.

Различают несколько видов химико-термической обработки, в зависимости от состава среды и режима обработки.

Цементация – насыщение поверхностного слова (~1 мм) углеродом. Стальные изделия приобретают более высокую твердость и износостойкость. На поверхности сталь насыщается углеродом до 1%, а в объеме изделий сохраняется низкое содержание углерода – 0,1-02%, и вследствие этого сохраняется вязкость текстуры.

Азотирование – насыщение поверхностного слоя азотом, в результате чего повышается коррозионная стойкость, износоустойчивость и твердость

Цианирование – насыщение поверхностного слоя углеродом и азотом. Получают изделия более прочные, с повышенной твердостью и износоустойчивостью

Металлизация – процесс насыщения поверхностного слоя тем или иным металлом: хромирование, борирование, никелирование и др.

Вопросы

1. Дайте определение различным видам термической обработки.

2. Чем отличается отжиг I и II рода?

3. С какой целью проводят закалку стали?

4. Каковы задачи химико-термической обработки стальных изделий?

Раздел 6. Алюминий и его сплавы

Программа. Важнейшие полезные свойства алюминия. Распространенность алюминия в земной коре. Алюминиевые сплавы: их свойства и применение.

Методические указания. Алюминий – важнейший после железа металл. По распространенности в земной коре алюминий занимает первое место. Все горные породы земной поры построены из алюмосиликатов – минералов, в которых алюминий вместе с кремнием и кислородом составляет анионный комплекс кристаллической структуры. Кроме алюмосиликатов, алюминий образует оксиды и гидроксиды, также широко распространенные в земной коре.

Алюминий в свободном состоянии покрыт тонкой, но прочной пленкой оксида Al₂O₃, которая предохраняет алюминий от растворения и коррозии. Ни пленка Al₂O₃, ни алюминий не токсичны.

Полезными свойствами алюминия является его низкая плотность (2,7) и высокая электропроводность.

Очень многие отрасли промышленности используют алюминий и его сплавы, в первую очередь – самолетостроение. Значительная часть конструкций самолета построена из алюминиевых сплавов (~90%). Строительная промышленность, автомобилестроение, судостроение, электротехника, пищевая промышленность широко используют алюминий.

В чистом виде алюминий характеризуется низкой прочностью, но алюминиевые сплавы – прочные и пластичные.

Используют два вида алюминиевых сплавов: деформируемые и литейные. Легирующими элементами в сплавах алюминия являются Cu, Si, Mg, Mn. Деформируемые сплавы представляют собой твердые растворы с низкой растворимостью легирующих элементов: Cu – 5,7-0,2%, Mg – 1,8-0,4%, Mn, Si, Li, Zn – доли процента.

Литейные сплавы построены из эвтектики алюминия с кремнием. Содержание кремния составляет 11,6%. Такие сплавы называются силуминами.

Наиболее распространенным сплавом алюминия является дуралюмин, характеризующийся высокой прочностью и коррозионной стойкостью. В состав дуралюмина входят: Cu 5-2,5%; Mg 1,8-0,4%; Mn 0,9-0,4%.

Высокопрочные дуралюмины легируют Li, Zn, но при этом снижается их пластичность.

Алюминий получают путем электролиза глинозема Al₂O₃, который плавится в криолите (Na₃AlF₆) при температуре 950^оС. Плавление глинозема неосуществимо вследствие высокой температуры плавления Al₂O₃.

Глинозем получают либо из бокситовых руд, либо из щелочных алюмосиликатов – нефелина NaAlSiO₄. Процесс получения глинозема – сложный и многостадийный.

Вопросы

1. Распространенность алюминия в земной коре. Назовите некоторые из минералов с высоким содержанием алюминия.

2. Каковы физические свойства алюминия? Почему алюминий является незаменимым металлом в современной технике?

3. Назовите деформируемые и литейные сплавы алюминия.

4. Назовите температуры плавления алюминия и глинозема.