
- •Материаловедение
- •Лекция 1. Строение и свойства материалов
- •1.1. Материаловедение как научная дисциплина
- •1.2. Типы связей между атомами и молекулами
- •1.3. Атомно-кристаллическая структура металлов
- •1.4. Строение реальных кристаллических материалов
- •Лекция 2. Основы теории кристаллизации
- •2.1. Понятие фазы
- •2.2. Первичная кристаллизация
- •2.3. Форма кристалла и строение слитка
- •2.4. Вторичная кристаллизация
- •Лекция 3. Изменение структуры и свойств металлов в процессе пластической деформации
- •3.1. Виды деформаций
- •3.2. Механизмы пластической деформации и деформационное упрочнение
- •3.3. Процессы, происходящие в наклепанных металлах при нагреве
- •Лекция 4. Основы теории сплавов
- •4.1. Основные фазы в сплавах
- •4.2. Диаграмма состояния
- •Лекция 5. Диаграммы фазового равновесия
- •5.1. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии
- •5.2. Диаграмма состояния сплавов с полной нерастворимостью в твердом состоянии
- •5.3. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии
- •5.4. Диаграмма состояния сплавов, испытывающих превращения в твердом состоянии
- •5.5. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химическое соединение
- •5.6. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния (правило Курнакова н.С.)
- •Лекция 6. Железо и его сплавы
- •6.1. Железо как конструкционный материал
- •6.2. Диаграмма состояния «железо - цементит»
- •6.3. Классификация и маркировка углеродистых сталей
- •6.4. Виды чугунов
- •Лекция 7. Теория термической обработки
- •7.1. Сущность термообработки
- •7.2. Превращение перлита в аустенит при нагреве
- •7.3. Превращения аустенита при охлаждении
- •7.4. Превращения, протекающие при нагреве закаленной стали
- •Лекция 8. Технология термической обработки
- •8.1. Виды термической обработки
- •8.2. Отжиг
- •8.3. Закалка
- •8.4. Нормализация
- •8.4. Отпуск
- •Лекция 9. Термомеханическая и химико-термическая обработка стали
- •9.1. Термомеханическая обработка
- •9.2. Химико-термическая обработка
- •Лекция 10. Машиностроительные стали
- •10.1. Виды машиностроительных сталей
- •10.2. Стали, не упрочняемые термической обработкой
- •10.3. Стали, упрочняемые в поверхностном слое
- •10.4. Стали, упрочняемые по всему сечению
- •10.5. Стали с улучшенной обрабатываемостью резанием
- •Лекция 11. Инструментальные стали и сплавы
- •11.1. Требования к инструментальным сталям и сплавам
- •11.2. Углеродистые инструментальные стали
- •11.3. Легированные стали для режущего инструмента
- •11.4. Твердые сплавы
- •11.5. Нетеплостойкие штамповые стали
- •11.6. Теплостойкие штамповые стали
- •11.7. Стали для измерительного инструмента
8.4. Нормализация
При нормализации
доэвтектоидную сталь нагревают на
выше температуры точки
,
заэвтектоидную – на
выше точки
,
и после выравнивания температуры по
сечению детали охлаждают на воздухе.
По режиму нормализация является
промежуточной операцией между отжигом
и закалкой. Цель нормализации – получение
мелкозернистой однородной структуры;
частичное снижение внутренних напряжений;
улучшение штампуемости и обрабатываемости
резанием; устранение цементитной сетки
в структуре заэвтектоидных сталей.
8.4. Отпуск
После низкого
отпуска
()
закаленная сталь сохраняет высокую
твердость и износостойкость, а ударная
вязкость повышается незначительно.
Низкотемпературному отпуску подвергают
режущий инструмент из углеродистой и
низколегированной стали, а также детали,
прошедшие поверхностную закалку или
прочие виды поверхностного упрочнения.
Среднетемпературный
отпуск ()
обеспечивает высокий предел текучести
и предел выносливости (см. 10.3). Его
применяют для пружин, рессор и штампов.
Охлаждение полезно проводить в воде,
что способствует образованию на
поверхности сжимающих остаточных
напряжений, которые увеличивают предел
выносливости.
Высокотемпературному
отпуску
()
подвергают среднеуглеродистые
конструкционные стали (
),
к которым предъявляются высокие
требования к пределу текучести, пределу
выносливости и ударной вязкости. Высокий
отпуск создает наилучшее соотношение
прочности и ударной вязкости, поэтому
термическую обработку, состоящую из
закалки и высокого отпуска, называютулучшением.
Лекция 9. Термомеханическая и химико-термическая обработка стали
9.1. Термомеханическая обработка
Термомеханическая обработка (ТМО) позволяет повысить механические свойства стали по сравнению с полученными при обычной закалке и отпуске.
ТМО сочетает пластическую деформацию стали с закалкой. Дислокационная структура, формирующаяся при деформации, наследуется после закалки мартенситом. Деформация и закалка приводят к образованию плотных скоплений дислокаций и, соответственно, к значительному упрочнению стали. ТМО делится на два вида: низко- и высокотемпературную.
При ВТМО сталь
деформируют при температуре выше точки
,
т.е. в аустенитном состоянии (степень
обжатия составляет
).
При НТМО сталь
деформируют в состоянии переохлажденного
аустенита (ниже точки
,
но выше точки
-
;
степень обжатия -
).
После деформации немедленно проводят закалку (чтобы препятствовать процессу рекристаллизации) и низкий отпуск.
ВТМО устраняет развитие отпускной хрупкости, понижает температурный порог хладноломкости, в целом снижает хрупкость стали, а также снижает склонность к трещинообразованию при термической обработке.
НТМО позволяет получить более высокую прочность, но не устраняет отпускную хрупкость. Поэтому на машиностроительных заводах применяют в основном ВТМО.
9.2. Химико-термическая обработка
Химико-термической обработкой (ХТО) называют поверхностное насыщение металла определенным элементом путем его диффузии из внешней среды при высокой температуре. При ХТО происходят следующие процессы:
диссоциация химических соединений, в состав которых входит насыщающий элемент;
адсорбция (поглощение) поверхностью металла свободных атомов и растворение их в металле;
диффузия насыщающего элемента вглубь металла.
К наиболее важным видам ХТО относятся цементация, азотирование, нитроцементация, а также алитирование, хромирование, силицирование.
Диффузионное
алитирование
(насыщение поверхностных слоев алюминием)
проводят с целью повышения окалиностойкости
до
.
Алитированию подвергаются чехлы
термопар, клапаны и другие детали,
работающие при высокой температуре.
Диффузионное
хромирование
применяется для повышения окалиностойкости
до
и коррозионной стойкости. Хромированию
подвергают детали пароводяной арматуры,
а также детали, работающие на износ в
агрессивных средах.
Силицирование – насыщение поверхности стали кремнием, проводят для повышения коррозионной стойкости в морской воде, азотной и соляной кислоте.