Теорія термічної обробки сталі

Методичні рекомендації

Теорія і практика термічної обробки сталі — головні питання металознавства. Термічна обробка — один з основних способів впливу на будову, а отже, і на властивості сплавів. При вивченні перетворень переохолодженого аустеніту особливу увагу зверніть на діаграму ізотермічного розпаду, що встановлює зв'язок між температурними умовами перетворення, інтенсивністю розпаду і будовою продуктів перетворення. Розберіться в механізмі й особливостях перлітного, проміжного і мартенситного перетворень, що відбуваються відповідно у верхній, середній і нижній температурних областях. Усвідомте будову і властивості перліту, сорбіту, троститу, бейніту, мартенситу й особливі розходження і подібність однойменних структур, одержуваних при розпаді аустеніту і відпустці загартованої сталі.

Вивчіть вплив легуючих елементів на кінетику і характер перетворення аустеніту в перлітній, проміжній і мартенситній областях. У зв'язку з впливом легуючих елементів на діаграми ізотермічного розпаду аустеніту розгляньте причини одержання різних класів за структурою (перлітного, мартенситного, аустенітного). Усвідомте вплив легуючих елементів на перетворення при відпустці. Варто пам'ятати, що легуючі елементи, як правило, загальмовують процеси перетворень. Запам'ятайте практичне значення термокінетичних діаграм.

Питання для самоперевірки

1. Поясніть механізм утворення аустеніту при нагріванні сталі. 2. Які механізми і температурні області утворення структур перлітного типу (перліту, сорбіту, троститу) і бейніту? 3 В чому розходження між перлітом, сорбітом і троститом? 4. Що таке мартенсит і в чому сутність і особливості мартенситного перетворення? 5. Що таке критична швидкість гартування? 6. Що описує мартенситна крива? 7. Від чого залежить кількість залишкового аустеніту? 8. У чому сутність перетворень, що відбуваються при відпустці? 9. Що таке коагуляція і як змінюються структура і властивості сталі в зв'язку з коагуляцією карбідної фази при відпустці? 10. Поясніть, чим відрізняються структури троститу, сорбіту і перліту відпустки від однойменних структур, що утворюються при розпаді переохолодженого аустеніту? 11. Яке практичне значення термокінетичних діаграм? 12. Поясніть, як впливають легуючі елементи на перлітне перетворення? 13. Як впливають легуючі елементи на мартенситне перетворення? 14. Як протікає проміжне перетворення в легованій сталі? 15. Як впливають легуючі елементи на перетворення при відпустці?      16. Поясніть сутність явища відпускної крихкості? 17. Як можна усунути відпускну крихкість другого роду?

 

ТЕХНОЛОГІЯ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ

Методичні рекомендації

Усвідомте вплив швидкості охолодження на структуру і властивості сталі і фізичну сутність процесів відпалу, нормалізації, гартування й обробки холодом. При вивченні технологічних процесів термічної обробки особливу увагу зверніть на різновиди режимів і їхнє призначення. Для з'ясування причин браку при термічній обробці сталі треба насамперед розібратися в природі термічних і фазових напруг.

Усвідомте розходження між загартовуваністю і прогартовуваністю сталі, а також фактори, що впливають на ці характеристики. Розберіться в сутності способу одержання високоміцних деталей — термомеханічній обробці.

Різні види поверхневого гартування дозволяють отримати особливе сполучення властивостей поверхневого шару і серцевини, що приводить до підвищення експлуатаційних характеристик виробу. При вивченні індукційного гартування усвідомте зв'язок між глибиною проникнення загартованого шару і частотою струму. Загартування при нагріванні струмами високої частоти приводить до одержання більш високих механічних властивостей, ніж при звичайному нагріванні. Для одержання оптимальних результатів варто керуватися діаграмами припустимих і переважних режимів нагрівання під загартування струмами високої частоти.

Необхідно мати на увазі, що сучасні автоматичні і напівавтоматичні агрегати для термічної обробки можуть бути включені в технологічні лінії машинобудівних заводів, у зв'язку з чим при масовому виробництві відпадає необхідність у спеціальних термічних цехах і відділеннях.

Питання для самоперевірки

1. Наведіть визначення основних процесів термічної обробки: відпалу, нормалізації і гартування. 2. Визначте різновиди процесу відпалу і для чого вони застосовуються? 3. Яка природа фазових і термічних напруг? 4. Які вам відомі різновиди загартування й у яких випадках вони застосовуються? 5. Які види і причини браку при загартуванні? 6. Які вам відомі групи охолоджуючих середовищ і які їхні особливості? 7. Від чого залежить прогартовуваність сталі й у чому її технологічне значення? 8. Які вам відомі технологічні засоби зменшення деформації при термічній обробці? 9. Для чого і як виконується обробка холодом? 10. Як змінюються швидкість і температура нагрівання виробів з легованої сталі в порівнянні з вуглецевою? 11. У чому сутність і особливості термомеханічної обробки? 12. Як впливає поверхневе гартування на експлуатаційні характеристики виробів? 13. Як регулюється глибина загартованого шару при обробці струмами високої частоти? 14. Які сутність і призначення діаграми припустимих і переважних режимів нагрівання під гартування струмами високої частоти? 15. Які переваги поверхневого індукційного гартування?

 

ХІМІКО-ТЕРМІЧНА ОБРОБКА

Методичні рекомендації

При вивченні основ хіміко-термічної обробки варто виходити з того, що принципи хіміко-термічної обробки єдині. Процес хіміко-термічної обробки складається з виділення атомарної речовини, що насичує, зовнішнім середовищем, захоплення (сорбція) цих атомів поверхнею металу і дифузії їх усередину металу. Тому потрібно розглянути реакції в газовому середовищі при цементації чи азотуванні і засвоїти сучасні представлення про дифузію в металах. У більшості випадків насичення може походити з твердого, рідкого і газового середовищ, а тому потрібно знати найбільш вдалі варіанти насичення для кожного методу хіміко-термічної обробки і кінцеві результати (поверхневе зміцнення і зміна фізико-хімічних властивостей).

 Розберіться в технології проведення окремих видів хіміко-термічної обробки. Усвідомте переваги й області використання цементації, азотування, ціанування і різних видів дифузійної металізації. Поясніть вплив легування на механізм формування структури поверхневого шару.

 

Питання для самоперевірки

 

1. У чому полягають фізичні основи хіміко-термічної обробки? 2. Визначте хімізм        процесу   азотування.   3.    Визначте хімізм  процесу  цементації. 4. Визначте призначення і режим термічної обробки після цементації. 5. Чим відрізняються режими цементації легованої сталі й вуглецевої? 6. Які властивості цементованих і азотованих виробів? 7. Визначте хімізм і призначення процесу ціанування. 8. У чому розходження між дифузійним і гальванічним хромуванням? 9. Для яких цілей і як відбувається нітроцементація?

 

КОНСТРУКЦІЙНІ СТАЛІ

 

Методичні рекомендації

Потрібно засвоїти принципи маркірування сталі і вміти по маркіруванню визначити склад і особливості даної сталі, а також мати загальне представлення про різні групи сталі.

Добре розберіться у впливі легуючих елементів на зміну структури і властивостей сталі, особливу увагу приділіть технологічним особливостям термічної обробки легованої сталі різних груп.

Розгляньте способи класифікації (за структурою в нормалізованому стані і, що особливо важливо для машинобудівників, по призначенню), основні принципи вибору для різного призначення цементуючих, що поліпшуються, пружинно-ресорних, зносостійких, високоміцних, нержавіючих, жароміцних і інших сталей.

При вивченні жароміцних сталей зверніть увагу на особливості поводження металу в умовах навантаження при підвищених температурах. Усвідомте сутність явища повзучості й основних характеристик жароміцності; які граничні робочі температури й області застосування сталей різного структурного класу.

Як приклади вказати дві- три марки сталі кожної групи, розшифрувати склад, призначити режим термічної обробки й охарактеризувати структуру, властивості й область застосування.

 

Питання для перевірки

1. Як впливають легуючі елементи на положення критичних точок
 А₁, А₂, А₃, А₄, А_ст? 2. Які легуючі елементи є карбідоутворюючими? 3. Які легуючі елементи сприяють графітизації? 4. Як впливають легуючі елементи на властивості фериту й аустеніту? 5. Як класифікують леговані сталі за структурою в рівноважному стані? 6.Як класифікуються леговані сталі? Як класифікуються конструкційні сталі за технологією термічної обробки? 7.Які вимоги пред'являються до цементованих виробів? 8. Чим визначається вибір марки цементуємої сталі для виробів різного призначення? Приведіть приклади марок сталей, використовуваних у різних умовах роботи. 9. Яка термічна обробка цементуємих деталей? 10. Чим пояснюється призначення процесу поліпшення для конструкційної сталі? 11. Як впливає ступінь легування на механічні властивості сталі, що поліпшується? 12.Термічна обробка сталей, що поліпшуються. 13.Чим визначається вибір марки сталі, що поліпшується, для виробів різного призначення? Приклади марок сталі, використовуваних у різних умовах роботи. 14. Які вимоги пред'являються до ресорно-пружинних сталей і як вони класифікуються по міцності? 15.Приведіть приклади марок сталі для ресор і пружин, що працюють у різних умовах. 16.Термічна обробка ресорно-пружинної сталі. 17. Які ви знаєте зносостійкі сталі? 18. Які особливості мартенситостаріючих сталей?  19. Приведіть приклади марок високоміцної сталі, призначте режим обробки. 20. Які вимоги пропоновані до нержавіючих сталей? 21. У чому сутність електрохімічної корозії (основи теорії)? 22. Вкажіть марки хромистих нержавіючих сталей, Їх склад, термічна обробка, властивості і призначення. 23. Вкажіть марки хромонікелевих нержавіючих сталей. Їх властивості, склад, термічна обробка, призначення. 24. Що таке окалиностійкість? 25. Які вимоги пропоновані до жаростійких сталей? 26. Якими способами можна підвищити окалиностійкість? 27. Якими способами можна підвищити жароміцність сталі? Поясніть природу зміцнення. 28. Приведіть приклади жароміцних сталей перлітного, мартенситного й аустенітного класів. Вкажіть їх склад, обробку, властивості й області застосування. 29. Які особливості застосування металокерамічних сплавів?

 

ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ СТАЛІ

 

Методичні рекомендації

Вивчіть класифікацію інструментальних сталей у залежності від застосування інструмента й у зв'язку з цим розгляньте основні експлуатаційні властивості інструмента кожної групи. Особливу увагу приділіть швидкорізальним сталям. Усвідомте причини їх високої червоностійкості й особливості термічної обробки.     

При вивченні штампових сталей необхідно розрізняти умови роботи штампів для деформування в холодному стані і штампів для деформування в гарячому стані.

Студент зобов'язаний уміти вибрати марку сталі для інструмента різного призначення, розшифрувати її склад, призначити режим термічної обробки, пояснити сутність перетворень, що відбуваються при термічній обробці, і вказати одержувані структуру і властивості.

 

Питання для самоперевірки

1. Як класифікуються інструментальні сталі? 2. Вимоги пропоновані до сталей для різального інструмента. 3. Приведіть приклади вуглецевих і легованих сталей, використовуваних для різального інструмента. Вкажіть їх    склад, режим термічної обробки, структуру і   властивості.    4. Вкажіть і розшифруйте основні марки швидкорізальної сталі. 5. У чому сутність явища червоностійкості і яким чином можна підвищити червоностійкість інструмента? 6. Яка термічна обробка швидкорізальної сталі? 7. Як підрозділяються штампові сталі? Вимоги пропоновані до штампових сталей для деформування металу в холодному стані та до сталей — для деформування металу в гарячому стані. 8. Які сталі застосовуються для штампів холодного штампування? Вкажіть їх склад, термічну обробку, структуру і властивості. 9. Які сталі застосовуються для пресформ лиття під тиском? 10. Які вимоги пред'являються до сталей для вимірювального інструмента? Вкажіть марки сталі, їх склад, термічну обробку, структуру і властивості. 11.Що являють собою тверді сплави? Які їх властивості і переваги? 12. Вкажіть марки твердих сплавів, їх склад і призначення.

КОЛЬОРОВІ МЕТАЛИ ТА СПЛАВИ

В машинобудуванні і суднобудуванні часто використовують таки кольорові метали як алюміній, магній, титан, мідь, нікель, олово, свинець, вольфрам та інші. Найчастіше використовують сплави на основі цих металів, до яких відносяться: дюралюміній, силумін, бронзи, латуні, бабіт, а також тугоплавкі метали та їх сплави. До тугоплавких металів та їх сплавів відносяться сплави на основі: хрому, ванадію, ніобію, танталу, молібдену, вольфраму. Новим перспективним напрямком удосконалення машино - та суднобудівних галузей є використання спечених порошкових матеріалів.

Силумін – сплав кремнію з алюмінієм, в яких міститься 12...14 % кремнію. Силуміни є ливарними сплавами.

Латунь – сплав міді з цинком. В залежності від складу латуні використовують для обробки тиском або для литва.

Бронза – слав міді зі всіма металами, крім цинку (наприклад з оловом, алюмінієм, берилієм, манганом). Бронзи використовують для вироблення пружин, мембран, підшипників, втулок.

Бабіт – антифрикційний підшипниковий сплав на олов’янистих та свинцевих основах. Використовуються для виготовлення підшипників та інших деталей антифрикційного призначення.

Сплави на основі нікелю мають підвищену корозіє - і жаростійкість, жароміцність, особливі електричні та магнітні властивості. Їх використовують в хімічному апаратобудуванні, для виготовлення камер згоряння, деталей газових турбін, газопроводів.

Сплави на основі хрому використовують для виготовлення лопаток газових турбін, фасонних виливків для роботи в газових продуктах згоряння, агресивних кислих середовищах.

Сплави ванадію використовують для виготовлення оболонок тепловидільних елементів ядерних реакторів з натрієвим теплоносієм, труб для атомних реакторів.

Сплави ніобію використовують як конструкційний матеріал з робочою температурою 1100...1250 °С у термоядерній, комічній і електровакуумній техніці.

Сплави танталу мають виняткову стійкість у сильних кислотах, розплавах лужних металів. Їх поставляють у вигляді листів, тонкостінних труб, дроту, а також заготовок, одержаних методом порошкової металургії або електронно-променевою плавкою. Використовують їх для виготовлення відповідальних деталей ракетних двигунів на твердому та рідкому паливі. Робоча температура цих сплавів становить 1300...1600 °С і вище.

Сплави молібдену застосовують для виготовлення прес-форм, електродів ерозійно-іскрових апаратів, в електронній і вакуумній промисловості – контурів ядерних реакторів. Деталі з цих сплавів можуть працювати тривалий час при температурі 1200...1350 °С і короткочасно – до 1600 °С.

Сплави вольфраму використовуються для виготовлення екранів печей, високотемпературних термопар, електричних контактів, електродів для зварювання металів у газових середовищах реакторів ядерних двигунів.

Питання для самоперевірки

1.Властивості і застосування алюмінію. 2. Як класифікуються алюмінієві сплави? 3. Які сплави змінюються шляхом термічної обробки? Вкажіть їх марки, склад, режим термічної обробки, властивості. 4. У чому сутність процесу старіння? 5. Які сплави змінюються нагартовкою? 6. Які ви знаєте ливарні алюмінієві сплави? Приведіть їх марки, склад, обробку, властивості. 7. Як і для чого виробляється модифікування силуміну? 8. Які ви знаєте жароміцні алюмінієві сплави? Вкажіть граничні робочі температури їх використання. 9. Які властивості магнію? 10. Як класифікуються магнієві сплави? 11. Вкажіть марки, склад, обробку, властивості і призначення різних сплавів на основі магнію. 12. Як впливають домішки на властивості чистої міді? 13. Як класифікуються мідні сплави? 14. Які сплави відносяться до латуней. Їх маркірування і склад. 15. Наведіть кілька прикладів латуней із вказівкою їх складу, структури, властивостей і призначення. 16. Які сплави відносяться до бронз? Їх маркірування і склад. 17. Вкажіть будову, властивості і призначення різних бронз. 18. Якій термічній обробці піддається берилієва бронза? 19. Вкажіть призначення і властивості сплавів на основі цинку. 20. Які вимоги пред’являються  до антифрикційних сплавів? 21. Вкажіть склад, властивості й області застосування сплавів на основі олова і свинцю.

Лабораторна робота № 1