Способы управления структурой материалов

«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра физической химии

По дисциплине «Материаловедение»

тема: «Изучение методов управления структурой и свойствами металлических материалов»

Санкт – Петербург

2018 г.

1. Основные виды термообработки и их назначение.

1. Отжиг

I рода (гомогенизация(диффузный отжиг), рекристализационный отжиг, отжиг для снятия остаточных напряжений).

Этот вид отжига в зависимости от температурных условий выполнения устраняет химическую или физическую неоднородность, созданную предшествующими обработками. Особенность этого отжига в том, что устранение неоднородности происходит независимо от того, протекают ли в сплавах при этой обработке фазовые превращения или нет, поэтому отжиг I рода можно производить при температурах выше или ниже фазовых превращений.

II рода (полный, изотермический, неполный, нормализационный).

Отжиг II рода заключается в нагреве стали до температур выше точек Асз или Ас1, выдержке и последующем, как правило медленном, охлаждении, в результате которого фазовые превращения приводят к достижению практически равновесного структурного (фазового) состояния.

Отжиг в промышленности в большинстве случаев является подготовительной термической обработкой. Отжигу подвергают отливки, поковки, прокат. Понижая прочность и твердость, отжиг улучшает обработку резанием средне- и высокоуглеродистой стали. Измельчая зерно, снимая внутренние напряжения и уменьшая структурную неоднородность, он способствует повышению пластичности и вязкости по сравнению с соответствующими характеристиками, полученными после литья, ковки, прокатки. Иногда отжиг является окончательной термической обработкой, так как после него в изделиях почти отсутствует остаточное напряжение и их деформация оказывается минимальной.

1. Нормализация
2. Закалка
3. Отпуск

1. Температурные интервалы нагрева при различных видах термообработки.

1. Способы поверхностной закалки.

Поверхностная закалка – закалка только верхнего слоя изделия для повышения износосстойкости, твердости и предела выносливости изделия. Виды:

1. Закалка с индукционного нагрева (нагревание током, ведь ток проходит в верхнем слое проводника, применяют для мелких деталей)
2. Закалка с газопламенным нагревом (нагревание газовым пламенем до 2400-3150С, применяют для крупных изделий)

1. Предварительная и окончательная термообработки.

Предварительную термообработку сталей проводят для улучшения свойств резания сталей. Окончательную же для улучшения прочности, износостойкости, жаростойкости сталей, для снятия остаточных напряжений во избежание деформации изделия, также для повышения хладноломкости стали.

1. Разновидности химико-термической термообработки и достигаемые ими цели.

Химико-термической обработкой называют насыщение стали соответствующим элементом путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды при высокой температуре. Его стадии:

1. Выделение диффундирующего элемента в атомарном состоянии благодаря реакциям, протекающим во внешней среде.
2. Контактирование атомов диффундирующего элемента с поверхностью стального изделия и проникновение (растворение) их в решетку железа (абсорбация)
3. Диффузия атомов насыщающего элемента в глубь металла.

Скорость диффузии атомов насыщающего элемента в решетку железа неодинакова. Толщина проникновения зависит от температуры и продолжительности насыщения. Также концентрация диффундирующего элемента на поверхности зависит от активности окружающей среды, обеспечивающей приток атомов элемента к поверхности.

Цементация (поверхностное диффузионное насыщение стали углеродом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости.)

Азотирование (насыщение слоя стали азотом при нагреве в аммиаке. Азотирование сильно повышает твердость поверхностного слоя, его износосстойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии. Твердость сохраняется даже при нагреве до 550-600С)

Нитроцементация (процесс насыщения поверхности стали одновременно углеродом и азотом при 700—950 °C в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Основное назначение нитроцементации – повышение твердости и износостокости стальных изделий.)

Цианирование (процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при температурах 820-950° C в расплаве цианида натрия или других солей с тем же анионом CN. Применяется для упрочнения деталей)

Борирование (процесс химико-термической обработки, диффузионного насыщения поверхности металлов и сплавов бором при нагреве и выдержке в химически активной среде. Борирование приводит к упрочнению поверхности в 2-10 раз.)

Диффузионная металлизация ( химико-термическая обработка, при которой поверхность стальных изделий насыщается различными элементами: алюминием, хромом, кремнием, бором и др. При насыщении хромом процесс называют хромированием, алюминием – алитированием, кремнием – силицированием. Применяют, чтобы металл приобрел жаростойкость, коррозионную стойкость, износостойкость и твердость. )

1. Термомеханическая обработка и ее разновидности

ТМО является методом обработки стали, позволяющим повысить механические свойства по сравнению с полученными при обычной закалке и отпуске. Заключается в сочетании пластической деформации стали в аустеничном состоянии с ее закалкой. Формирование структуры закаленной стали при ТМО происходит в условиях повышенной плотности дислокаций, обусловленных наклепом.

Есть два вида ТМО: высокотемпературная и низкотемпературная.

При ВТМО сталь деформируют при температуре выше точки Аз при которой сталь имеет аустеничную структуру. Степень деформации 20-30%. После деформации следует немедленная закалка во избежание процесса рекристаллизации.

При НТМОсталь деформируют в температурной зоне существования переохлажденного аустенита в области его относительной устойчивости (400-600С); температура деформации должна быть выше Мн, но ниже температуры рекристаллизации. Степень деформации 75-95%. Закалку осуществляют сразу после деформации.

В обоих случаях после закалки идет низкотемпературный отпуск. Это позволяет получить высокую прочность и пластичность.

1. Разновидности деформационной обработки.

Процессы обработки металлов давлением подразделяются на две основные группы: процессы металлургического и машиностроительного производства.

К первой группе относят технологии, в основе которых лежит принцип непрерывности технологического процесса (прокатка, прессование, волочение). Продукцию металлургического производства (листы, полосы, ленты, периодический и профильный прокат, трубы, профили, проволоку и т.п.) используют как заготовку в кузнечно-штамповочных и механических цехах и как готовую продукцию для создания различных конструкций.

Во вторую группу входят такие процессы, как ковка, объемная штамповка, листовая штамповка и специальные виды обработки давлением (калибровка, раскатка кольцевых деталей, редуцирование, обката, раздача и т.д.) Эти процессы обеспечивают получение заготовок (полуфабриката) и готовых деталей, не требующих последующей механической обработки.

К основным видам обработки металлов давлением относятся следующие технологические процессы:

1. прокатка – технологический процесс, заключающийся в обжатии заготовки между вращающимися валками.
2. прессование – заключается в продавливании металла, находящегося в замкнутой форме, через отверстие матрицы. Форма и поперечное сечение выдавленной части заготовки соответствуют форме и размерам отверстия матрицы, а ее длина пропорциональна отношению площадей поперечного сечения исходной заготовки и выдавленной части и перемещению выдавливающего инструмента.
3. волочение – заключается в протягивании заготовки через сужающую полость матрицы, при этом площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и приобретает форму поперечного сечения отверстия матрицы.
4. ковка – технологический процесс формоизменения путем обжатия заготовки между верхним и нижним бойками молота или гидравлического пресса с применением различного инструмента. При ковке течение металла осуществляется в стороны, перпендикулярные к движению деформирующего инструмента, и это не создает значительных сопротивлений течению. Деформация при ковке носит локальный характер, что позволяет обрабатывать заготовки сложной формы массой от нескольких грамм до сотен тонн.
5. объемная штамповка – процесс деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которого определяют форму и размеры получаемой заготовки (поковки)
6. листовая штамповка – процесс деформации плоской заготовки, толщина которой значительно меньше размеров в плане, с помощью матрицы и пуансона

1. Термическая обработка цветных металлов и сплавов.

Цветные сплавы подвергают как разупрочняющей, так и упрочняющей ТО. Широко применяют наклеп. Типичной разупрочняющей ТО является отжиг первого рода, т.е. без фазовых превращений. Применяют гомогенизирующий, рекристаллизационный и другие виды отжига.

Разупрочняющая термическая обработка латуней и бронз:

Упрочняющей ТО подвергают изделия из стареющих сплавов, для которых характерно повышение растворимости вторичных фаз в твердом растворе при нагреве (дюралюмины, магниевые сплавы, бериллиевые и другие бронзы и др.). Для них выполняют закалку без полиморфного превращения с последующим естественным или искусственным старением.

* Закалка без полиморфного превращения.

Закалка без полиморфного превращения наиболее типична для цветных сплавов, с полиморфным превращением используется очень редко. Она возможна для двухфазных алюминиевых бронз и некоторых сплавов титана. После нес выполняют отпуск для снятия внутренних напряжений и получения нужной структуры. Для цветных сплавов возможно применение термомеханической и химико-термической обработки.

Режимы упрочняющей термической обработки для бронз зависят от конкретной марки и ориентировочно составляют для закалки 830–880°С, для старения – 300–480°С.

Для всех алюминиевых и магниевых сплавов разупрочняющей обработкой является отжиг. Его температура для деформируемых марок алюминиевых сплавов составляет 350–470°С, для литейных алюминиевых сплавов – 2.30–310°С.

Упрочняющая термическая обработка магниевых и алюминиевых сплавов включает закалку с последующим старением.

Температура закалки для деформируемых алюминиевых сплавов составляет 490–530°С, температура старения для Д1, Д115П 15–40°С (время выдержки 96 ч), для Д18, Д15 185–195°С (t = 2÷4 ч), для АК4, АК6, АК8 150-190°C (t= 10÷15 ч).

Температура закалки для литейных сплавов (АЛ-5, АЛ-9, АЛ-4) составляет 480–530°С, температура старения для АЛ-5, АЛ-9 195-215Х (ί = 2+8 ч), для АЛ-4 170-180°C (t= 10+15 ч).

Температура гомогенизирующего отжига для магниевых сплавов составляет 350–550°C, для рекристаллизационного отжига 250–350°С.

Закалку магниевых сплавов проводят в зависимости от марки при температурах 350–420°С, старение – 170–200°С.

Для всех титановых сплавов в качестве разупрочняющей термообработки применяют отжиг (полный при 740–800°С; неполный при 550–600°С; изотермический при 800–750°С).

Титановые α-сплавы упрочняющей термообработке не подвергают. Температура закалки (а+р)-сплавов типа ВТ6, ВТ9 составляет 900–950°С. Отпуск, выполняемый после нее, сопровождается дисперсионным твердением. Его температура составляет 450–550°С.

Источник

Вам также может понравиться

Ясень семена способ распространения

Ясень обыкновенный Fraxinus excelsior – так в ботанической

Ярлыки способы создания ярлыков ос windows

Создаем ярлыки на рабочем столе Windows Создаем ярлыки

Японское удобрение фуджима способ применения

Удобрения Фуджима Знаете потрясающее удобрение, палочка

Японский чай способ заварки

Технология заваривания японского чая Известно, что