Введение

Термическая обработка металлов и сплавов представляет собой наиболее распространенный вид обработки, применяемый как к заготовкам в процессе изготовления деталей для улучшения их технологических свойств, так и к готовым деталям в качестве окончательной операции, придающей материалу требуемую структуру и свойства.

Для целостного изучения темы «Термическая обработка сплавов» в курсе «Материаловедение» данный лабораторный практикум содержит теоретическую часть и методические указания к выполнению лабораторных работ.

Первая работа настоящего практикума посвящена практическому знакомству с закалкой и отпуском углеродистой стали и методикой последующего контроля термически обработанных сталей, изучению влияния температуры нагрева и скорости охлаждения на структуру и твердость стали.

Цель второй работы, ознакомить студентов с особенностями термической обработки легированных конструкционных сталей по сравнению с углеродистыми. Рассмотрено влияние легирующих элементов на критическую скорость закалки, теплостойкость, прокаливаемость.

Третья работа посвящена практическому знакомству с технологией цементации стали; изучению влияния температуры и времени цементации на глубину диффузионного слоя; влияние термической обработки после цементации на твердость поверхностного слоя и сердцевины цементованных образцов.

В четвертой работе рассмотрено влияние состава и температуры нагрева на тепло­стойкость инструментальных сталей.

Теоретическая часть. Классификация видов термической обработки.

Термообработку подразделяют на предварительную и окончательную. Предварительная термообработка применяется для подготовки структуры и свойств материала для последующих технологических операций (например, горячей обработки давлением, улучшения обрабатываемости резанием и т.д.). Окончательная термообработка формирует свойства готового изделия.

Существующие способы реализации термической обработки подразделяются на собственно-термическую (СТО), химико-термическую (ХТО), термомеханическую (ТМО) и термическую обработку с оплавлением поверхности (ТО с ОП) (рисунок 1).

Рис. 1. Классификация видов термической обработки

Собственно термическая обработка (СТО) заключается только в тепловом воздействии на материал детали. При этом предполагается, что металл не изменяет свой химический состав, не деформируется и поверхность не оплавляется (рисунок 2).

Рисунок 2. Схема собственно термической обработки (СТО)

Химико-термическая обработка (ХТО) заключается в нагреве, выдержке и охлаждении деталей из сталей или титановых сплавов в среде, содержащей какой-либо элемент, например, углерод, азот, углерод и азот, бор, а также металлы – алюминий, хром, иттрий, титан, бериллий и др. (рисунок 3).

Рисунок 3. Схема химико-термической обработки

Термомеханическая обработка (ТМО) заключается также в нагреве, выдержке и пластической деформации и последующем быстром охлаждении (рисунок 4).

Рисунок 4. Схема термомеханической обработки, – пластическая деформация

Термическая обработка с оплавлением поверхности заключается в быстром нагреве высокоэнергетическими источниками поверхности деталей и последующем охлаждении со скоростью не менее 10^{6 °C}/с. При этом достигается аморфное строение поверхностного слоя. Может применяться в приборостроении, медицинской технике и аппаратах для улучшения служебных характеристик: износостойкости, физических свойств (рисунок 5).

Рисунок 5. Схема термической обработки с оплавлением поверхности