- •Введение
- •Программа и методические указания к темам дисциплины.
- •Тема 1. Классификация материалов.
- •Методические указания.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Тема 2. Основы теории сплавов.
- •Методические указания.
- •Вопросы для самостоятельной проверки.
- •Тема 3. Железо и его сплавы.
- •Методические указания.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Тема 4. Термическая обработка сталей и чугунов.
- •Методические указания.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Тема 5. Поверхностные методы упрочнения.
- •Методические указания.
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 6. Конструкционные и инструментальные стали.
- •Методические указания.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Тема 7. Цветные металлы и сплавы.
- •Методические указания.
- •Вопросы для самопроверки.
- •Тема 8. Неметаллические материалы.
- •Методические указания.
- •Темы рекомендованных лабораторных работ и практических занятий.
- •Контрольная работа.
- •Варианты контрольной работы
- •Вариант 1.
- •Вариант 2.
- •Вариант 3.
- •Вариант 4.
- •Вариант 5.
- •Вариант 6.
- •Вариат 7.
- •Вариант 8.
- •Вариант 9.
- •Вариант 10.
- •Вариант 11.
- •Вариант 12.
- •Вариант 13.
- •Вариант 14.
- •Вариант 15.
- •Вариант 16.
- •Вариант 17.
- •Вариант 18.
- •Варианты контрольной работы
- •Вариант 1.
- •Вариант 2.
- •Вариант 3.
- •Вариант 4.
- •Вариант 5.
- •Вариант 6.
- •Вариант 7.
- •Вариант 8.
- •Вариант 9.
- •Вариант 10.
- •Вариант 11.
- •Вариант 12.
- •Вариант 13.
- •Вариант 14.
- •Вариант 15.
- •Вариант 16.
- •Вариант 17.
- •Вариант 18
- •Литература Основная
- •Дополнительная
- •Приложение.
- •(Железо-карбид железа)
- •С механическими свойствами Содержание
Вопросы для самопроверки.
-
Что такое перлит, феррит, аустенит, цементит и ледебурит?
-
В чём различие метастабильной и стабильной диаграммы Fe –Fe3C (Fe - C)?
-
Как проводится маркировка углеродистых и легированных марок сталей и чугунов?
-
Дайте объяснение и укажите способы получения белых и графитовых чугунов?
-
Что такое критические точки А1, А2, А3, А4, и Ам?
-
Вычертите диаграмму Fe – Fe3C, укажите структурное состояние во всех областях диаграммы и опишите превращение протекающие в сплавах при охлаждении при температурах 14990С, 11470С и 7270С?
-
Разберитесь в построении кривых охлаждения (нагрева) сплавов с различным содержанием углерода.
Тема 4. Термическая обработка сталей и чугунов.
Основные превращения в сталях при нагреве и охлаждении. Критические точки в стали. Диаграммы изотермического превращения аустенита. Основные виды термической обработки: отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Цель и назначение каждого вида термообработки. Закалка стали, её режимы и методы. Закалочные среды, понятие закаливаемости и прокаливаемости стали. Обработка стали холодом. Технология и виды отпуска. Отпускная хрупкость стали. Термомеханическая обработка. Виды брака при термообработке и методы его исправления и предупреждения.
Методические указания.
Термическая обработка – это процесс температурно-временного воздействия на металлы и сплавы с целью придания им необходимых свойств.
При многих видах термической обработки сталь нагревают до температур соответствующих существованию аустенита. Образование аустенита при нагреве является диффузионным процессом. При температуре 7270С перлит превращается в аустенит.
При невысоких температурах нагрева зерна аустенита мелкие. В результате повышения температуры зерно аустенита растёт. Однако склонность к росту зерна неодинакова у сталей, поэтому различают стали наследственно мелкозернистые и крупнозернистые. Продолжительный нагрев стали при температурах, значительно превышающих точки Ас3 или Асм приводит к образованию крупного зерна. Такое состояние называют, перегревом стали. Нагрев еще при более высоких температурах в окислительной среде вызывает пережог стали, который сопровождается образованием окислов железа по границам зерен. Пережог – неисправимый дефект стали. Величина зерна влияет на ударную вязкость и порог хладноломкости. Определение размера зерна проводится в соответствии с ГОСТ 5639-65.
Основными видами термической обработки являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.
Отжиг заключается в нагреве стали выше критической точки, выдержке и последующим медленным охлаждением. В результате отжига получают структуру перлит с ферритом или цементитом, и сталь приобретает высокую пластичность и низкую твёрдость. Различают следующие виды отжига: неполный, полный, изотермический, диффузионный и рекристализационный.
Нормализация стали это процесс нагрева выше критической точки Ас3 (Асm) с последующим охлаждением на воздухе. Получаемая структура – мелкопластинчатая перлитного класса (перлит, сорбит, троостит).
Закалкой называют нагрев стали выше точка Ас3 или Ас1 и последующее быстрое охлаждение (со скоростью выше критической). При охлаждении сталь приобретает структуру мартенсит и обладает высокой твёрдостью, прочностью и износостойкостью. На рисунке 18 (см. приложение) изображена зона оптимальных температур нагрева сталей под закалку в зависимости от содержания углерода. Закалка не является окончательным видом термической обработки. В зависимости от температуры нагрева закалка бывает полной и неполной. По условию охлаждения закалку подразделяют на непрерывную, прерывистую, ступенчатую и изотермическую. Чтобы уменьшить напряжения, вызванные закалкой, и получить нужные механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.
Под отпуском понимают нагрев закалённой на мартенсит стали до температуры ниже точки Ас1 (7270С) с последующим охлаждением. В зависимости от температуры нагрева отпуск подразделяется на низкий (150 – 250оС), средний (300-450оС) и высокий (500-700оС). С увеличением температуры отпуска повышаются пластические свойства и снижается прочность стали.
Для грамотного назначения параметров термической обработки (температура и скорость нагрева, время выдержки и скорость охлаждения) с целью получения требуемых свойств стали необходимо пользоваться диаграммами изотермического и термокинетического распада аустенита.
В результате закалки сталей с содержанием углерода более 0.6 % углерода в структуре наряду с мартенситом сохраняется и остаточный аустенит, наличие которого снижает твердость и прочность изделия. Для превращения остаточного аустенита в мартенсит сталь необходимо переохладить до более низких температур. Эту задачу выполняет процесс обработки стали холодом.
Для упрочнения длинномерных изделий в промышленности применяют термомеханическую обработку, заключающуюся в сочетании горячей пластической деформации и термической обработки.
Отливки из чугуна подвергают отжигу, нормализации, закалке с отпуском в зависимости от требований предъявляемых к ним по структуре и твердости.
Рассмотрим выбор стали для изготовления пружин. Укажем состав и обоснуем режим термической обработки и опишем получаемую структуру и свойства стали.
(Для указанных деталей рекомендуем сталь 70С3А)
Сталь 70С3А. имеет следующий химический состав:
Углерод ~ 0,7% Сера 0,025%
Кремний ~ 3% Фосфор 0.025%
Марганец 0,8% Железо – остальное
Основные свойства рессорнопружинных сталей – придание изделиям высоких усталостных характеристик с целью надежной работы деталей в условиях знакопеременных нагрузок.
Для формирования таких свойств необходимо получить структуру троостит или троосто-мартенсит с твердостью 42-48НRС на деталях после термообработки. Такие свойства достигаются после нижеуказанной термической обработки:
-
Нагрев в защитной атмосфере до температуры 820-860оС, выдержки до завершения всех фазовых превращений и закалка в масло с рабочей температурой 40-60оС. После закалки сталь приобретает структуру мартенсит + небольшое количество остаточного аустенита. Твердость 55 НRС.
-
Отпуск при температуре 420-460оС в течении 2-3 часов.
После отпуска – структура троостит.
Свойства стали после такой обработки:
-
Твердость 44-46 НRС.
-
Предел прочности – более 1800Мпа.
-
Предел текучести – более 1600 Мпа.
-
Относительное удлинение (сужение) – более 6 (25)%.
Наличие кремния в стали, повышает ее прокаливаемость и значительно упрочняет феррит, задерживает распад мартенсита при отпуске и, как следствие, повышает предел текучести и упругость стали. Эти стали склонны к обезуглероживанию, поэтому их нагрев под закалку необходимо вести в защитной или контролируемой по углероду атмосфере.
Литература: 1,стр.156-220; 3 стр. 223-311.