Лекция 5 Термическая и химико-термическая обработка сталей План лекции 5. 1. Основы термической обработки. 5. 2. Практика термической обработки 5. 3. Химико-термическая обработка сталей 5. 4. Основные понятия и определения.
5. 1. Основы термической обработки 3. 1. Диаграмма состояний сплава жс Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение фазового состояния сплавов в зависимости от температуры и концентрации в условиях равновесия. Она отражает и модификацию компонентов Модификация Fe (аллотропия) Зависимость свободной энергии вещества (W) от его температуры (Т) W W W Т Т 1 Т Т 2
5. 1. Основы термической обработки. Термическая обработка заключается в изменении структуры и свойств материала заготовки в следствии тепловых видоизменений. Нагрев. Выдержка. Охлаждение ( ГОСТ 3. 1109 - 82 ) Режимы ТО Машиностроение Применение 5. 2. 1. Критические точки в сталях. А 3 – линия GS соответствует температуре от 910 о до 723 о С (Ас3 – конец пр. Ф в А ; А Стали. Чугуны. Сплавы цветных металлов. Обозначаются: Аc r при нагревании А при охлаждении E Аст - линия SE соответствует температуре от 723 о до 1130 о С Начало выделения ЦII Аr 3 – начало выделения Ф из А) А 2 – 768 о. С - магнитное превращение Fe А 0 – 210 о С - магнитное превращение Ц А 1 - линия PSK - 723 о. С соответствует эвтектоидному превращению. (A c 1 - превращение П в А; %С A r 1 – превращение А в П).
5. 2. Практика термической обработки. . 5. 2. 1. Общие положения Устранение дефектов предыдущей обработки Задачи ТО Подготовка к последующей обработке Измельчение зерна, улучшение обрабатываемости Придание свойств Гомогенизация (диффузионный) Отжиг 1 рода Рекристаллизационный Высокий отпуск Отжиг Изотермический 2 рода Неполный Слитки легированной стали (дендритная ликвация). После холодной деформации После горячей деформации - снижение ТВ Снятие напряжений ( сорт. прокат, поковки, фас. отливки) Полный Виды ТО: 5 групп Ликвация, напряжений Улучшает однор. структ. , обрабатываемость резанием (сорт. цем. , поковки). Зернистый П эвт. и заэт. ст (лист, пров. перед обр. дав. ), снимает внутреннее напряжение Закалка Отпуск Химико-термическая обработка Цементация. Азотирование. Нитроцементация. Цианирование. Борирование. Силицирование.
Температура нагрева (Тн 0 С) Режим ТО Скорость нагрева (Vн конфигурация, h, %С) Показатели Время выдержки при Тн ( tв ) Скорость охлаждения (Vох) 5. 2. 2. Отжиг и нормализация. Т 0 С 8… 24 часа Ас3 30 50 Ас1 Легир. cтали (Cr, Ni) Диффузионный отжиг. Тн 1050 … 11500 С выдержка. К Полный. Тн GSK. Охл. с печью. Мелкие зерна Ф-П и П-Fe 3 C, мягкая, пластичная. 5… 10 мин A r 1 700 650 Нормализация. Тн GSЕ на 30… 500 С. Выдержка и охлаждение на воздухе. Отжиг на Пзернистый. Тн GS. Охлаждение до 650… 7500 С и на воздухе. Трек= 0, 4 Тпл 0 Изотермический отжиг. Тн GS. Охлаж-дение до 650… 7500 С и выдержка. Время
Т 0 С 5. 2. 3. Закалка стали Задачи А 1 Обыкновенная Прерывистая Ступенчатая Изотермическая А+ ПР Структура min напряжения (термические, структурные) Троостит игольчатый Мн Мк М Время Обыкновенная 5. 2. 3. 1. Способы закалки Прерывистая Ступенчатая Изотермическая В одной охл. среде В двух средах Выдержка при Т=150… 5000 С в смеси 45%Na. NO 2+55%KNO 3 Выдержка до Т игольчатого троостита. 45… 55 HCэ Углеродистая сталь вода. Лег. сталь масло, иногда с подстуж. Вода масло или воздух Меньше структурные напряжения, но меньше размеры деталей. Динамические напряжения. Патентирование проволоки
Нагрев сталей перед закалкой 0, 54 %C Т 0 С E 1100 А 1000 0, 80 %C G 900 А +ЦII 800 1, 10 %C А+Ф 50 0 C 30 P 700 S 0 0, 02 0, 4 0, 6 0, 8 1, 0 1, 4 2, 14 %С K
5. 2. 3. 2. Режимы охлаждения при закалке
5. 2. 4. Дефекты при ТО Дефекты при отжиге и нормализации Окисление, обезуглероживание, перегрев, пережог Недогрев, Vохл Vкрит. , мало Твыд Общая Недостаточная твердость Мягкие пятна Перегрев Дефекты при закалке Грязь, охлажд. неравномерно, разное исходное зерно Отжиг, нормализация Хрупкость Пережог Окисление, обезуглероживание Коробление, трещины Неиспр. брак Защитная атмосфера Химсостав, %С, форма, дефекты
5. 2. 5. Обработка холодом Стали Мкп< 00 С Продолжение охлаждения Среды: смесь сухой лед+ спирт -780 С; жидкий О 2 -1830 С; жидкий воздух -1920 С. Твердость > на 3… 5 HRC, стабилизируются размеры и структура инструменты: измерительные, режущие Нагрев ниже Ас1 повышение пластичности 5. 2. 6. Отпуск Низкий стали (окончат. Средний операции Режущий инструмент 150… 2000 С Цементируемая сталь 200… 2200 С Отпуск на троостит 350… 5000 С Пружины 350… 4500 С, рессоры 450… 5000 С ТО) Высокий Отпуск на сорбит 500… 6000 С Снятие температурных напряжений Ударные нагрузки Вязкость и достаточная прочность
5. 2. 7. Особенности ТО легированных сталей Ухудшают теплопроводность Выше нагрев при ТО растворение ЛЭ в А ЛЭ Охлаждение с большей V То отпуска выше Отпускная хрупкость 5. 2. 7. 1. Пороки в легированных сталях Дендритная ликвация Шиферный излом Флокены Ухудшение свавриваемости
5. 2. 8 Термомеханическая обработка • • • Термомеханическая обработка (ТМО) является методом обработки стали, позволяющим повысить механические свойства по сравнению с полученными при обычной закалке и отпуске: прочность 220 -300 кгс/см², при хорошей пластичности и вязкости δ=6 -8%, ан=5 -6 кгс·м/см². ТМО заключается в сочетании пластической деформации стали в аустенитном состоянии с ее закалкой. Формирование структуры закаленной стали при ТМО происходит в условиях повышенной плотности дислокаций, обусловленных наклепом. Два основных способа ТМО высокотемпературная ТМО – сталь деформируют при температуре выше точки А 3, при которой сталь имеет аустенитную структуру. Степень деформации составляет 2030%. После деформации следует немедленная закалка во избежание развития процесса рекристаллизации. низкотемпературная ТМО – сталь деформируют в температурной зоне переохлажденного аустенита (400 -600° С). Степень деформации составляет 75 -95%. Закалку осуществляют сразу деформации.
5. 2. 8 Термомеханическая обработка
5. 2. 9. Поверхностная закалка • При поверхностной закалке на некоторую заданную глубину закаливается только поверхностный слой, тогда как сердцевина изделия остается незакаленной. Основное назначение: повышение твердости, износостойкости и предела выносливости по способу нагрева Электроконтактный Индукционный Пламенный Электролитический Стали 0, 35… 0, 55%С. Ст40, 45, 35 Х, 40 Г и др
5. 2. 9. 1. Индукционная закалка ОТЖИГ 900… 950 о. С 2… 3 часа Растворение свободного С, разложение Fe 3 C устраняется отбел ОТЖИГ для снятия внутренних напряжений 500… 550 о. С 2 часа на каждые 25 мм. толщины Предотвращение коробления на 2… 3 года ЗАКАЛКА 850… 900 о. С Масло, вода ОТПУСК 200… 250 о. С. 350… 500 о. С. НОРМАЛИЗАЦИЯ 850… 9000 С Охлаждение на воздухе
Торсион (объемная и ТВЧ закалка)
5. 3. Химико-термическая обработка стали. Изменение % содержания С на поверхности детали из стали (0, 1… 0, 2%С, мелкозернистые) с последующей ТО 5. 3. 1. Цементация Цель Высокая твердость на поверхности (58… 62 HRC), мягкая сердцевина 5. 3. 2. Азотирование (нитрирование) 5. 3. 3. Цианирование и нитроцементация Твердый Диффузия С из карбюризатора Жидкий при Т=900… 9500 С Na 2 CO 3+ Na. Cl+Si. C (950… 110000 С ) Газообразный V=0, 8… 1, 0 мм/час CH 4 C+4 H Насыщение поверхностного слоя N. Образование нитридов F и др. элементов (Al, Cr, Mo, V и др. ) h 0, 3… 0, 6; 0, 015… 0, 02 мм. Цель антикоррозионная и износостойкость. Одновременное насыщение Cи. N 5. 3. 4. Сульфоцианирование (диффузионное насыщение) NH 3 3 H + N 480… 7000 C 0, 1 мм. 10 час Поверхность твердость 900… 1150 HV. Сердц. сорбит Ванна с расплавленными солями 0, 15… 0, 22 мм/час Na. CH, KCN, Ca(CN)2 Na. Cl, Ba. Cl 2, Na 2 CO 3 В газовой среде 0, 1 мм/час. СО 2 20… 30% NH 3 низкотемп. 540… 5600 С, 3… 7% NH 3 высокотемп. 820… 8600 С. 800… 900 HV Алитирование (жидкое) 0, 2… 0, 4 мм окалиностойкость до 9000 Хромирование 0, 1… 0, 3 мм 1200. . 1300 HV окалиностойкость 8000 Борирование Na 2 S 4 O 7 2000 HV износостойкость Силицирование 2… 5 час. 0, 6… 1, 1 мм износостойкость
5. 3. 2. Азотирование
Начало кристаллизации. перлита Превращения А *800 *450 Аустенит *500 550 о. С 650 о. С Сталь У 10. Перлит. *7500 Бейнит *1000 Верхний Нижний 450 о. С 400 о. С
Мартенсит Сталь У 16 *1000 +2 Размер зерна –иглы М *250 -15 -25 +20 У 16 *250 -30 -70
5. 4. Основные понятия и определения Заполнить самостоятельно!
Задание на дом 1. Составить тематический кроссворд «Термическая и химико-термическая обработка сталей» . 2. Подготовиться к тестированию по теме «» Железоуглеродистые сплавы. 3. Заполнить п. 5. 4. Основные термины и определения. 4. Подготовиться к лабораторной работе № 8.
Скачать презентацию Лекция 5 Термическая и химико-термическая обработка сталей План
материаловедение,лекция 5.pptx