- •С. В. Сапунов материаловедение и технология конструкционных материалов
- •080200 – Менеджмент, профиль «Производственный менеджмент
- •Санкт-Петербург
- •Предисловие
- •Раздел 1 теоретические основы материаловедения
- •1.1. Предмет материаловедения
- •1.2. Мировое производство материалов
- •1.2.1. Черные и цветные металлы
- •1.2.2. Преимущества и недостатки стали
- •1.2.3. Принципы маркировки и сортамент материалов
- •Обозначения стали 45
- •1.3. Строение металлов
- •1.3.1. Основные типы кристаллических решеток
- •1.3.2. Дефекты в кристаллах
- •1.4. Строение металлического слитка
- •1.5. Деформация и разрушение металлов
- •1.6. Возврат и рекристаллизация
- •1.6.1. Структура и свойства сплавов после горячей обработки давлением
- •1.7. Механические свойства материалов
- •1.7.1. Испытание на растяжение
- •1. Характеристики прочности
- •2. Характеристики пластичности
- •1.7.2. Определение твердости
- •1. Определение твердости по Бринеллю
- •2. Определение твердости по Роквеллу
- •3 . Определение твердости по Виккерсу
- •1.7.3. Определение ударной вязкости при изгибе
- •1.8. Полиморфные превращения
- •1.9. Строение сплавов
- •1.10. Диаграмма состояния железо – цементит
- •Механические свойства основных структурных составляющих сталей и чугунов
- •1.11. Железо и сплавы на его основе
- •1.12. Легирующие элементы в стали
- •1.12.1. Структурные классы легированных сталей
- •1.12.2. Цели легирования
- •Раздел 2 управление свойствами металлов и сплавов
- •2.1. Термическая обработка
- •2.1.1. Отжиг
- •2.1.2. Закалка и отпуск
- •2.1.3. Старение сплавов
- •2.2. Термомеханическая обработка
- •Сравнительные данные по механическим свойствам
- •2.3. Деформационное упрочнение
- •2.4. Химико-термическая обработка
- •Раздел 3 промышленные материалы
- •3.1. Классификация сталей
- •3.2. Конструкционные стали и сплавы
- •3.2.1. Углеродистые стали
- •3.2.2. Легированные стали
- •3.2.3. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •3.3. Инструментальные стали и сплавы
- •3.4. Чугуны
- •3.5. Магний и сплавы на его основе
- •3.6. Алюминий и сплавы на его основе
- •Классификация алюминиевых сплавов
- •3.7. Титан и сплавы на его основе
- •3.8. Медь и сплавы на ее основе
- •3.9. Тугоплавкие металлы и сплавы
- •3.10. Антифрикционные материалы
- •3.11. Полимеры и пластмассы
- •3.12. Композиционные материалы
- •Раздел 4 технология конструкционных материалов
- •4.1. Способы получения металлов и сплавов
- •4.2. Вторичная плавка металлов и сплавов
- •4.3. Технологии литейного производства
- •4.3.1. Литейные формы
- •4.3.2. Литье в объемные песчаные и оболочковые формы
- •4.3.3. Литье в кокиль, литье под давлением, литье вакуумным всасыванием и выжиманием
- •4.3.4. Литье по выплавляемым моделям
- •4.3.5. Центробежное, непрерывное и полунепрерывное литье
- •4.3.6. Электрошлаковое литье
- •4.4. Технологии обработки металлов давлением
- •4.4.1. Прокатка
- •4.4.2. Волочение и прессование
- •4.4.3. Ковка
- •4.4.4. Горячая штамповка
- •4.4.5. Холодная штамповка
- •4.5. Технологии сварки и пайки
- •4.5.1. Термические виды сварки
- •4.5.2. Механические виды сварки
- •4.5.3. Термомеханические виды сварки
- •4.5.4. Резка металлов
- •4.5.5. Пайка металлов
- •4.6. Технологии обработки резанием
- •4.6.1. Обработка на токарных станках
- •4.6.2. Обработка на сверлильных и расточных станках
- •4.6.3. Обработка на фрезерных станках
- •4.6.4. Обработка на строгальных, долбежных и протяжных станках
- •4.6.5. Обработка на шлифовальных, заточных и отделочных станках
- •4.6.6. Обработка на многооперационных станках
- •4.7. Физико-химические методы размерной обработки
- •4.7.1. Электрофизические методы
- •4.7.2. Электрохимические методы
- •4.8. Технологии обработки пластмасс
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Приложение а
- •Приложение б Кратные и дольные приставки к физическим единицам
- •Содержание
- •Раздел 1 4
- •Раздел 2 36
- •Раздел 3 46
- •Раздел 4 70
2.1.2. Закалка и отпуск
Закалкой называется процесс ТО, состоящий в нагреве на 30–50С выше линии А3 (GS) для доэвтектоидных сталей и выше линии А1 (PK) для заэвтектоидных сталей (см. рис. 1.20); выдержки для прогрева по всему объему и быстром охлаждении со скоростью выше критической для получения структуры мартенсита.
Мартенситом называется пересыщенный твердый раствор углерода в -железе, который образуется в результате быстрого (бездиффузионного) превращения аустенита при охлаждении стали (углерод при этом не успевает покинуть пределы решетки и сильно искажает кристаллическую решетку мартенсита; чем больше углерода, тем выше эти искажения). Мартенсит обладает повышенной прочностью, твердостью (60…65 HRC) и низкой пластичностью ( 2%).
Закалка относится к окончательным видам ТО, после нее производят только отпуск и, если требуется, небольшую шлифовку. После закалки материал имеет высокие внутренние напряжения, которые могут привести к короблению или растрескиванию деталей.
Для уменьшения внутренних напряжений и изменения структуры в требуемом направлении после закалки обязательно проводят один из трех видов отпуска – нагрев до определенной температуры, выдержку и охлаждение на воздухе.
1. Низкий отпуск производят при температуре 150–200С; он сохраняет структуру мартенсита, т.е. сталь остается такой же твердой и прочной, но несколько снижается уровень внутренних напряжений. Закалку с низким отпуском применяют при изготовлении особо твердых и износостойких деталей (ножей режущего инструмента, шарикоподшипников и т. п.). Для достижения высокой твердости применяют средне- и высокоуглеродистые стали, содержащие 0,5–1,3% С.
2. Средний отпуск производят при температуре 350–500С; он приводит к распаду мартенсита и образованию особой, мелкодисперсной механической смеси феррита и цементита, которая называется троостит. Такая структура обладает высоким пределом упругости и поэтому закалку со средним отпуском применяют при изготовлении упругих элементов (рессор, крупных пружин, мембран). Для этих целей применяют среднеуглеродистые стали, содержащие 0,5–0,6% С, лучше с добавкой марганца.
3. Высокий отпуск производят при температуре 550–650С. При этом мартенсит распадается с образованием более грубой ферритно-цементитной механической смеси, называемой сорбит. Такая структура обладает наилучшим сочетанием прочностных и пластических свойств, а также повышенной вязкостью. Закалку с высоким отпуском принято называть улучшением стали. Улучшение широко применяют при изготовлении ответственных деталей из среднеуглеродистых сталей (валов, шестерен и др.), работающих при ударных нагрузках.
В ряде случаев для упрочнения металла вместо традиционной объемной закалки целесообразно использовать поверхностную закалку, производимую за счет нагрева токами высокой частоты (ТВЧ-закалка), газовой горелкой, лазерным лучом или путем кратковременного погружения в ванну с расплавленными солями. В этих случаях прогревается и закаливается на структуру мартенсита только поверхность детали, а сердцевина остается незакаленной, т.е. более вязкой и пластичной, чем после традиционной закалки. Поверхностная закалка позволяет получить прочную, твердую, износостойкую поверхность и вязкую сердцевину, что положительно сказывается на сроке эксплуатации деталей, подвергаемых знакопеременным и ударным нагрузкам.