- •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.
-
В чем различия между перлитом, сорбитом и трооститом?
-
Укажите сущность различных видов отжига и их назначение.
-
Рассмотрите диаграммы изотермического и термокинетического превращения сталей. Объясните связь скорости охлаждения с превращениями в стали.
-
В чем различие закаливаемости и прокаливаемости стали. Факторы влияющие на эти параметры и методы определения этих характеристик.
-
Изучите традиционные закалочные среды и их применение для закалки изделий из различных марок сталей.
-
Дайте понятие критической скорости охлаждения и изобразите ее на диаграмме изотермического превращения аустенита.
-
Что такое обратимая и необратимая отпускная хрупкость.
-
Какие преимущества имеет термомеханическая обработка перед закалкой с низким отпуском и почему?
Тема 5. Поверхностные методы упрочнения.
Основные методы поверхностного упрочнения – закалка с нагрева токами высокой частоты (Т.В.Ч.) и химико-термическая обработка (Х.Т.О.). Требования к химическому составу сталей для этих методов упрочнения. Механизм насыщения и формирования структуры в поверхностном слое при цементации, нитроцементации, азотировании и борировании. Примеры марок сталей, подвергаемых различным методам упрочнения. Термическая обработка цементованных и нитроцементованных деталей. Способы дополнительной поверхностной обработки деталей с учетом условий эксплуатации. Поверхностное упрочнение наклепом, лучем лазера и электронным лучом.
Методические указания.
Для получения большой твердости в поверхностном слое детали с сохранением вязкой сердцевины, что обеспечивает износоустойчивость и одновременно высокую динамическую прочность детали, применяют поверхностные методы упрочнения – закалку с нагрева Т.В.Ч. или Х.Т.О. Сущность закалки с нагрева Т.В.Ч. заключается в том, что поверхностные слои детали быстро нагреваются выше критических точек и создается резкий градиент температур по сечению. Если нагрев прервать и провести быстрое охлаждение, то слой металла, нагретый выше критической температуры получит закалку, а не нагретая сердцевина сохранит свое исходное структурное состояние. Для такого способа упрочнения применяют стали с содержанием углерода 0.4% и выше.
Химико-термическая обработка – процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя неметаллами (С, N, Si,B и др.) или металлами (Cr, Al и др.) в процессе выдержки при определенной температуре в активной жидкой или газовой среде.
Широко применяются в машиностроении цементация (насыщение поверхности углеродом), нитроцементация (насыщение углеродом и азотом), азотирования (насыщение азотом) и борирование (насыщение бором). Цементации и нитроцементации подвергают, стали с содержанием углерода до 0,3%. Цементацию проводят при температуре 930-950оС, нитроцементацию – при 840-880оС. После насыщения изделия закаливают в масло, а затем подвергают отпуску при температуре 180-220оС. Эти виды Х.Т.О. обеспечивают получение твердости поверхности выше 55 НRС, а сердцевины менее 40НRC.
Для увеличения твердости, износостойкости, предела выносливости и коррозионной стойкости стальных изделий их подвергают азотированию, которое проводится при температуре 500-600оС в среде диссоциированного аммиака. Для азотирования применяют среднеуглеродистые легированные марки стали, предварительно прошедшие термическое улучшение. Упрочнение проводят на глубину 0,2-0,4 мм и получают поверхностную твердость в пределах 650-1200НV. Преимуществом этого метода является сохранение высокой твердости поверхности при нагреве деталей до 450-470оС и практически отсутствие деформации и коробления изделий.
Максимальная степень поверхностного упрочнения стальных деталей (НV1700 и выше) может быть получена путем борирования при температуре 910-950оС. После борирования стойкость деталей возрастает в 5-10 раз.
Для закрепления изученного материала, к примеру, проведен выбор обработки шестерен из стали 20Х. Рассмотрим микроструктуру и свойства поверхности и сердцевины детали после упрочнения. В соответствии с ГОСТ 4343-71 сталь 20Х имеет следующий химический состав:
Углерод – 0,17 – 0,23%;
Хром = 0,7 – 1,0%;
Кремний – 0.17 – 0.37%;
Марганец – 0,5 – 0,8%;
Сера, фосфор 0,035%;
Остальное – железо.
Свойства шестерен с учетом их условий эксплуатации должны быть следующими: для поверхности зуба – высокая твердость и износостойкость; для сердцевины – высокая пластичность.
Учитывая низкое содержание углерода в стали для упрочнения деталей рекомендуется: химико-термическая обработка – цементация или нитроцементация.
Оба вида упрочнения могут быть использованы, и выбор конкретного способа упрочнения зависит от требований предъявляемых к деталям по глубине упрочненного слоя и деформации и короблению деталей.
При глубине упрочненного слоя более 1,0 мм необходимо использовать цементацию, то есть провести насыщение поверхности детали углеродом. Цементация проводится при температуре 930-950оС, скорость насыщения углеродом 0,1 мм/час. После цементации детали подвергают термической обработке. Далее рассмотрим один из таких способов.
-
Нагрев до 860-880оС, выдержка и охлаждение. Этот нагрев назначается с целью исправления крупнозернистой структуры сердцевины, полученной при нахождении стали длительное время при температуре цементации;
-
Нагрев до 770-780оС, выдержка и закалка в масло;
После закалки получают твердость в пределах 58-62НRС на поверхности, и 30-35НRС в сердцевине.
-
Отпуск при температуре 180-200оС для снятия напряженного состояния полученного в результате закалки.
Свойства шестерен после химико-термической обработки:
-
Твердость поверхности – 58-62НRС;
-
Микроструктура поверхности – мартенсит + остаточный аустенит;
-
Твердость сердцевины – 30-35НRС;
-
Микроструктура сердцевины – малоуглеродистый мартенсит + феррит.
Литература: 1, стр. 220-252; 3 стр. 312-340.