МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Ф.К. Ткаченко, М.А.РябИкИна

ПО курсу «Теория термической обработки»

часть вторая – Теоретические ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

для студентов заочной формы обучения специальности

8.090412 - «Термическая обработка металлов»

МАРИУПОЛЬ, 2006

УДК 621. 785. 01 (042. 3)

Ткаченко Ф.К., Рябикина М.А. Конспект лекций по курсу «Теория термической обработки» часть вторая – Теоретические основы технологии термической обработки для студентов заочной формы обучения специальности 8.090412 - «Термическая обработка металлов». – Мариуполь: ПГТУ, 2006. - 48 с.

Конспект лекций составлен в соответствии с программой и отражает основные разделы дисциплины «Теория термической обработки», читаемой студентам специальности 8.090412 согласно учебному плану.

Изложены теоретические основы технологии термической обработки сталей и сплавов. Материал конспекта изложен доступным языком, достаточно иллюстрирован, доступен для самостоятельного изучения студентами, имеет практическую направленность.

Составители:

Ф.К. Ткаченко, профессор

М.А. Рябикина, доцент

Отв. за выпуск:

В.Г. Ефременко, профессор

Теоретические основы технологии термической обработки стали

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

   Термической обработкой называется технологический процесс, состоящий из совокупности операций нагрева, выдержки и охлаждения изделий из металлов и сплавов, целью которого является изменение их структуры и свойств в заданном направлении.

Термическая обработка является одним из наиболее распространенных в современной технике способов получения заданных свойств металлов и сплавов. Термическая обработка применяется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием, либо в качестве окончательной операции для придания металлу или сплаву такого комплекса механический, физических и химических свойств, который сможет обеспечить заданные эксплуатационные характеристики изделия.

Так как основными факторами любого вида термической обработки являются температура и время, то любой процесс термической обработки можно описать графиком, показывающим изменение температуры во времени (рис.1). Постоянная скорость нагрева или охлаждения изображается на графике прямой линией с определенным углом наклона, при этом угол наклона характеризует скорость нагрева или охлаждения (α, β). Общая длительность термической обработки металла складывается из времени собственно нагрева до заданной температуры (τ₁), времени выдержки при этой температуре (τ₁- τ₂) и времени охлаждения до комнатной температуры (τ₄- τ₅).

В результате термической обработки в сплавах происходят структурные изменения. После термообработки металлы и сплавы могут находиться в равновесном (стабильном) и неравновесном (метастабильном) состоянии. При медленном охлаждении (печь, воздух) металл оказывается в состоянии, близком к равновесному (стабильному). При быстром охлаждении (масло, вода и др.) в металле не успевают проходить диффузионные процессы и связанные с ними превращения, поэтому он оказывается в неравновесном (частично неравновесном) состоянии.

Рис. 1 - График термической обработки

2. Классификация видов термической обработки стали

Современная классификация видов термообработки, определяемая типом и характером и структурных изменений в металле, разработана А.А. Бочваром.

Термическая обработка подразделяется на 3 группы: собственно термическую, термомеханическую и химико-термическую. Собственно термическая обработка (ТО) предусматривает только термическое воздействие на металл или сплав; термомеханическая (ТМО) - сочетание термического воздействия и пластической деформации; химико-термическая (ХТО) - сочетание термического и химического воздействия.

Собственно термическая обработка включает в себя отжиг 1-го рода, отжиг 2-го рода, закалку без полиморфного превращения, закалку с полиморфным превращением, отпуск и старение. Эти виды термической обработки относятся и к сталям, и к цветным металлам, и к сплавам.

Термомеханическая обработка подразделяется на ТМО стареющих сплавов и ТМО сталей, закаливаемых на мартенсит. Термомеханическая обработка ста­реющих сплавов включает в себя следующие виды: низкотемператур­ную термомеханическую обработку (НТМО); высокотемпературную термоме­ханическую обработку (ВТМО); предварительную термомеханическую обра­ботку (ПТМО) и комбинацию ВТМО и НТМО - высоко-низкотемпературную термомеханическую обработку (ВНТМО). Термомеханическая обработка ста­лей, закаливаемых на мартенсит, включает в себя следующие разновидности: низкотемпературную термомеханическую обработку (НТМО); высокотемпера­турную термомеханическую обработку (ВТМО); высокотемпературную термо­механическую изотермическую обработку (ВТМИзО); термомеханическую обработку с деформацией во время перлитного превращения (ТМИзО) и предва­рительную термомеханическую обработку (ПТМО).

Химико-термическая обработка подразделяется на три следующие под­группы: диффузионное насыщение неметаллами, диффузионное насыщение металлами и диффузионное удаление элементов.

Диффузионное насыщение неметаллами включает в себя следующие основные разновидности: цементацию, азотирование, цианирование (нитроцементацию), борирование и оксидирование. Диффузионное насыщение металлами включает в себя алитирование, хромирование, силицирование, насыщение другими металлами. Диффузионное удаление элементов включа­ет в себя обезводороживание и обезуглероживание.

При рассмотрении разных видов термообработки сталей используются следующие условные обозначения критических точек этих сплавов (рис. 2). Критические точки А₁ лежат на линии РSK (727 °С). Критические точки А₂ находятся на линии МО (768 °С). Критические точки Аз лежат на линии GS, а критические точки A_cm - на линии SE. Вследствие теплового гистерезиса превращения при нагреве и охлаждении проходят при разных температурах. Поэтому для обозначения критических точек при нагреве и охлаждении используются дополнительные индексы: буквы «с» в случае нагрева и «r» в случае охлаждения.

Рис. 3 - Обозначение критических точек стали