Шпаргалки по "Материаловедению"

• улучш. обрабатываемость заготовок давлением и резанием;
• исправить структ. сварных швов и др.операций
• подготовить структ. к последующей термической обработке.

Характерно медленное охлаждение со скоростью 30…100oС/ч.

Отжиг первого рода.

1. Диффузионный (гомогенизирующий) отжиг. Устраняет ликвации, выравнивает  хим. состава сплава. Т нагрева зависит от Т плавления, ТН = 0,8 Тпл. t выдержки: ч.

2. Рекристаллизационный отжиг снимает напряжений после холодной пластической деформации. Т нагрева связана с Т плавления: ТН = 0,4 Тпл. t зависит от габаритов изделия.

3. Отжиг для снятия напряжений после горячей обработки (когда требуется высокая точность размеров). Т и t нагрева зависит от габаритов изделия,в диапазоне: ТН = 160……700oС.

Отжиг второго рода предназначен для изменения фазового состава. Т нагрева и t выдержки обеспечивают нужные структурные превращения. V охлаждения должна быть такой, чтоб успели произойти обратные диффуз. фазовые превращения.

1. полный, с Т нагрева на 30…50 oС выше критической Т А3

2. неполный, с Т нагрева на 30…50oС выше критической Т А1

3. циклический или маятниковый отжиг применяют, если после проведения неполного отжига цементит остается пластинчатым.

4. изотермический отжиг – после нагрева до требуемой Т, изделие быстро охлаждают до Т на 50…100oС ниже крит. Т А1 и выдерж. до превращ. аустенита в перлит, затем охл. на воздухе.

5. Нормализация. – разновид. отжига. ТО, при которой изделие нагревают до аустенитного состояния, на 30…50 oС выше А3 или Аст с послед. охл. на воздухе. Нормализации дает более тонкое строение эвтектоида (тонкий перлит или сорбит), уменьш. внутр. напряжения, устраняются пороки, получ. в процессе предшествующей обработки. Твердость и прочность несколько выше чем после отжига.

32. Термомеханическая обработка стали.

Одним из технологических процессов упрочняющей обработки является термомеханическая обработка (ТМО).

Термомеханическая обработка относится к комбинированным способам изменения строения и свойств материалов.

При ТМО совмещаются пластич. деформация и ТО (закалка предварительно деформированной стали в А состоянии).

Преимуществом термомеханической обработки является то, что при существенном увеличении прочности характеристики пластичности снижаются незначительно, а ударная вязкость выше в 1,5-2 раза по сравнению с ударной вязкостью для той же стали после закалки с низким отпуском.

В зависимости от Т, при которой проводят деформацию, различают высокоТ термомеханическую обработку (ВТМО) и низкоТ термомеханическую обработку (НТМО).

Сущность высокоТ термомеханической обработки заключается в нагреве стали до Т А состояния (выше А3). При этой Т осуществляют деформацию стали, что ведет к наклепу А. Сталь с таким состоянием А подвергают закалке (а).

НизкоТ термомеханическая обработка (аусформинг). Сталь нагревают до А состояния. Затем выдерживают при высокой Т, производят охлаждение до Т, выше Т начала мартенситного превращения (400…600oС), но ниже Т рекристаллизации, и при этой Т осуществляют обработку давлением и закалку (б).

33. ХТО. Связь диаграммы состояния со структурой диффузионного слоя (на примере диаграммы ).

ХТО – процесс изменения химического состава, микроструктуры и свойств поверхностного слоя детали. Изменение химического состава поверхностных слоев достигается в результате их взаимодействия с окружающей средой (твердой, жидкой, газообразной, плазменной), в которой осуществляется нагрев.

В результате изменения химического состава поверхностного слоя изменяются его фазовый состав и микроструктура.

Основными параметрами химико-термической обработки являются температура нагрева и продолжительность выдержки.

В основе любой разновидности химико-термической обработки лежат процессы диссоциации, адсорбции, диффузии.

Диссоциация – получение насыщающего элемента в активированном атомарном состоянии в результате химических реакций, а также испарения.

Адсорбция – захват поверхн. детали атомов насыщ. элемента.

Адсорбция – всегда экзотермический процесс, приводящий к уменьшению свободной энергии.

Диффузия – перемещение адсорб-ых атомов вглубь изделия.

Для процессов адсорбции и диффузии необходимо, чтобы насыщающий элемент взаимодействовал с основным металлом, образуя твердые растворы или хим.соединения.

ХТО явл. основным способом поверхн. упрочнения деталей.

Основными разновидностями химико-термической обработки являются:

• цементация (насыщение поверхностного слоя углеродом);
• азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом);
• нитроцементация или цианирование (насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом);
• диффузионная металлизация (насыщение поверхностного слоя различными металлами).

 

 

34. Цементация стали. Термической обработка после цементации. Стали для цементации.

Цементация – ХТО, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами С при нагреве до температуры 900…950 oС. Цементации подвергают стали с низким содерж. С (до 0,25 %). Нагрев изделий осуществляют в среде, легко отдающей С. Подобрав режимы обработки, поверхн. слой насыщают С до требуемой глубины.

Глубина цементации (h) – расстояние от поверхности изделия до середины зоны, где в структуре имеются одинаковые объемы феррита и перлита ( h. = 1…2 мм).

Степень цементации – среднее содержание углерода в поверхностном слое (обычно, не более 1,2 %).Более высокое содержание углерода приводит к образованию значительных количеств цементита вторичного, сообщающего слою повышенную хрупкость. На практике применяют цементацию в твердом и газовом карбюризаторе (науглероживающей среде).

В результате цементации достигается только выгодное распределение углерода по сечению. Окончательно формирует свойства цементованной детали последующая термообработка. Все изделия подвергают закалке с низким отпуском. После закалки цементованное изделие приобретает высокую твердость и износостойкость, повышается предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе, при сохранении вязкой сердцевины.

Комплекс термической обработки зависит от материала и назначения изделия.

Если сталь наследственно мелкозернистая или изделия неответственного назначения, то проводят однократную закалку с температуры 820…850oС. При этом обеспечивается получение высокоуглеродистого мартенсита в цементованном слое, а также частичная перекристаллизация и измельчение зерна сердцевины.

При газовой цементации изделия по окончании процесса подстуживают до этих температур, а затем проводят закалку (не требуется повторный нагрев под закалку).

Для удовлетворения особо высоких требований, предъявляемых к механическим свойствам цементованных деталей, применяют двойную закалку (в).

Первая закалка (или нормализация) проводится с температуры 880…900oС для исправления структуры сердцевины.

Вторая закалка проводится с температуры 760…780oС для получения мелкоигольчатого мартенсита в поверхностном слое.

Завершающей операцией термической обработки всегда является низкий отпуск, проводимый при температуре 150…180oС. В результате отпуска в поверхностном слое получают структуру мартенсита отпуска, частично снимаются напряжения. Цементации подвергают зубчатые колеса, поршневые кольца, червяки, оси, ролики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35. Азотирование. Стали для азотирования.

Азотирование – химико-термическая обработка, при которой поверхностные слои насыщаются азотом.

Впервые азотирование осуществил Чижевский И.П., промышленное применение – в двадцатые годы.

При азотировании увеличиваются не только твердость и износостойкость, но также повышается коррозионная стойкость.

При азотировании изделия загружают в герметичные печи, куда поступает аммиак NH3 c определенной скоростью. При нагреве аммиак диссоциирует по реакции: 2NH3>2N+3H2. Атомарный азот поглощается поверхностью и диффундирует вглубь изделия.

Для азотирования используют стали, содержащие алюминий, молибден, хром, титан. Нитриды этих элементов дисперсны и обладают высокой твердостью и термической устойчивостью.

Типовые азотируемые стали: 38ХМЮА, 35ХМЮА, 30ХТ2Н3Ю.

Глубина и поверхностная твердость азотированного слоя зависят от ряда факторов, из которых основные: температура азотирования, продолжительность азотирования и состав азотируемой стали.

От условий работы деталей различают азотирование:

• для повыш. поверхностной твердости и износостойкости;
• для улучш. корроз. стойкости (антикорроз. азотирование).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36. Нитроцементация стали. Термическая обработка после нитроцементации. Стали для нитроцементации.

Нитроцементация – газовое цианирование, осуществляется в газовых смесях из цементующего газа и диссоциированного аммиака.

Состав газа Т процесса определяют соотношение углерода и азота в цианированном слое. Глубина слоя зависит от температуры и продолжительности выдержки.

ВысокоТ нитроцементация проводится при Т 830…950oС, для машиностроительных деталей из углеродистых и малолегированных сталей при повышенном содержании аммиака. Завершающей термической обработкой является закалка с низким отпуском. Твердость достигает 56…62 HRC.

На ВАЗе 95 % деталей подвергаются нитроцементации.

Низкотемпературной нитроцементации подвергают инструмент из быстрорежущей стали после термической обработки (закалки и отпуска). Процесс проводят при Т 530…570oС, в течение 1,5…3 часов. Образуется поверхностный слой толщиной 0,02…0,004 мм с твердостью 900…1200 HV.

Нитроцементация характеризуется безопасностью в работе, низкой стоимостью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37. Диффузионная металлизация.

Диффузионная металлизвция – ХТО, при которой поверхность стальных изделий насыщается различными элементами: алюминием, хромом, кремнием, бором и др.

При насыщении хромом процесс называют хромированием, алюминием – алитированием, кремнием – силицированием, бором – борированием.

Диффузионную металлизацию можно проводить в твердых, жидких и газообразных средах.

При твердой диффузионной метализации металлизатором является ферросплав с добавлением хлористого аммония (NH4Cl). В результате реакции металлизатора с HCl или CL2 образуется соединение хлора с металлом (AlCl3, CrCl2, SiCl4), которые при контакте с поверхностью диссоциируют с образованием свободных атомов.

Жидкая диффузионная метализация проводится погружением детали в расплавленный металл (например, алюминий).

Газовая диффузионная метализация проводится вгазовых средах, являющихся хлоридами различных металлов.

Диффузия металлов протекает очень медленно, так как образуются растворы замещения, поэтому при одинаковых температурах диффузионные слои в десятки и сотни раз тоньше, чем при цементации.

Диффузионная металлизация – процесс дорогостоящий, осуществляется при высоких температурах (1000…1200oС) в течение длительного времени.

Одним из основных свойств металлизированных поверхностей является жаростойкость, поэтому жаростойкие детали для рабочих температур 1000…1200oС изготавливают из простых углеродистых сталей с последующим алитированием, хромированием или силицированием.

Исключительно высокой твердостью (2000 HV) и высоким сопротивлением износу из-за образования боридов железа (FeB, FeB2) характеризуются борированные слои, но эти слои очень хрупкие.

38. Влияние легирующих элементов на полиморфизм железа. Распределение легирующих элементов в стали.

Все элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал существование его аллотропических модификаций (А = 911oС, А =1392oС).

В зависимости от расположения элементов в периодической системе и строения кристаллической решетки легирующего элемента возможны варианты взаимодействия легирующего элемента с железом. Им соответствуют и типы диаграмм состояния сплавов системы железо – легирующий элемент.

Большинство элементов или повышают А и снижают А , расширяя существовавшие –модификации (.а), или снижают А4 и повышают А , сужая область существования – модификации (б).

Схематические диаграммы состояния Fe – легирующий элемент. а – для элементов, расширяющих область существования –модификации; б – для элементов, сужающих область существования –модификации

Свыше определ¨нного содержания марганца, никеля и других элементов, имеющих гранецентрированную кубическую решетку, – состояние существует как стабильное от комнатной температуры до температуры плавления, такие сплавы на основе железа называются аустенитными.

При содержании ванадия, молибдена, кремния и других элементов, имеющих объемно-центрированную кубическую решетку. выше определ¨нного предела устойчивым при всех температурах является – состояние. Такие сплавы на основе железа называются ферритными.

А и Ф сплавы не имеют превращений при нагреве и охлаждении.

39. Влияние легирующих элементов на свойства феррита.  Кортидная фаза в легированных сталях.

Легирующие элементы растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов ( феррит, аустенит, цементит), или образуют специальные карбиды.