10. Основные цели термической обработки металлических сплавов.

Т ермическая обработка – технологические процессы, состоящие из нагрева, изотермической выдержки (при наибольшей температуре) и охлаждении с целью изменения структуры и свойств изделий.

Термической обработке подвергают отливки, полуфабрикаты, сварные соединения, детали машин, инструменты. Принципиальная возможность применения того или иного вида термической обработки может быть определена на основании диаграмм фазового равновесия.

Можно выделить основные группы сплавов:

1. Сплавы, не претерпевающие фазовых превращений в твёрдом состоянии. ->

2. С плавы, которые имеют переменную растворимость. (претерпевают вторичную кристаллизацию)

3. Сплавы, у которых есть эвтектоидное полиморфные превращения. (диаграмма железо – углерод). PSK обозначается А₁. Для доэвтектоидных GS – А₃. При охлаждении – А_с3, А_r3. При нагреве SE – А_cm, охлаждении – А_rm.

τ c индексами: в – время выдержки при температуре максимум, охл – время охлаждения, н – время нагревания. V_охл и V_нагр – скорость охлаждения и нагрева.

(прилагается диаграмма железо-углерод)

Классификация видов термической обработки

В основу положен принцип фазовых превращений. Все виды термической обработки делятся на 3 большие группы:

1. СТО – собственно термическая обработка. Все виды термообработки этой группы характеризуются тем, что при них происходит только тепловое воздействие.

2. ХТО – химико-термическая обработка. Все виды этой обработки связаны с изменением химического состава поверхности. Эта обработка сочетает в себе диффузионное насыщение поверхности изделия какими-либо элементами и термическую обработку. Элементы могут быть: углерод, азот, бор, алюминий, хром, углерод и азот.

3. ТМО – термомеханическая обработка. Термическая обработка сочетается с пластической деформацией детали.

Собственно термическая обработка

1. Отжиг I рода заключается в нагреве сплавов ниже критических точек (до 727), выдержка при этих температурах, медленное охлаждение (фазовых превращений в твёрдом состоянии не происходит). Этот вид отжига предназначен для приведения сплава в более равновесное состояние – для уменьшения напряжений, выравнивания химического состава, снятия наклёпа. Подходит для всех видов сплавов.

2. Отжиг II рода. Нагрев производится выше критических температур, выдержка при этой температуре, и последующее медленное охлаждение (скорость 20..200 градусов/час). При этом происходит полная фазовая кристаллизация, как при нагреве, так и при охлаждении. Сплав переходит в более равновесное состояние. Может снизиться твёрдость. Происходит изменение структуры, устранение дефектов структуры, которые образовались при предшествующей термической обработке. Существует несколько разновидностей отжига в зависимости от условий его проведения.

3. Закалка с полиморфным превращением. Нагрев сплавов происходит выше критических температур, выдержки при этой температуре и быстрое охлаждение для получения неравновесной структуры «мартенсит». Т.е., например, при нагреве перлита он переходит в аустенит и затем при быстром охлаждении образуется мартенсит. Содержание углерода остаётся неизменным. Мартенсит – пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-решётке. Другой пример:

4. Отпуск. Нагрев ниже критических температур, выдержки при этих температурах и медленное охлаждение. Его проводят после закалки с полиморфным превращением с целью распада мартенсита:

5. З акалка без полиморфного превращения. Подвергаются сплавы, имеющие переменную растворимость в твёрдом состоянии (2 группа сплавов – в конце прошлой лекции). Нагрев в этом случае проводится выше критических температур, выдержка и быстрое охлаждения для фиксирования высокотемпературного состояния, т.е. для получения пересыщенного твёрдого раствора: . α_c – неравновесная структура, пересыщенный твёрдый раствор.

6. Старение. Состоит в нагреве, выдержки и медленном охлаждении. Температура и выдержка при отпуске и старении выбирается так, чтобы получить заданные свойства: повышенные прочностные свойства. При этом равновесное состояние (как при отжиге) не достигается.

7. Закалка с оплавлением поверхности. Этот вид обработки связан с высокоскоростным нагревом до Т_max (лазерный нагрев) и быстрое охлаждение.