ГЛАВА 9. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ .



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

ГЛАВА 9. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ .



  9.1 Общие сведения

Термической обработкой (ТО) называется технологический процесс, состоящий из операций нагрева, выдержки и охлаждения изделий из металлов и сплавов с определенной скоростью, целью которого явля­ется изменение их свойств в заданном направлении путем изменения структуры.

Теория термической обработки рассматривает и объясняет изменения строения и свойств металлов и сплавов при тепловом воздействии, это воздействие может сочетаться с химическим , деформационным, магнитным , ультразвуковым, акустическим и другими видами воздействия.

Термическая обработка принадлежит к материало-экономным технологиям, обеспечивает повыше­ние эксплуатационной стойкости и безотказности машин и инструмента, а также повышения конст­рукционной прочности при одновременном сниже­нии их массы. Таким образом, развитие технологии термической обработки изменяется в направлении обеспечения максимального повышения жесткости и прочности обрабатываемых деталей с одновремен­ным снижением их массы.

В последние годы уменьшается доля термиче­ской обработки по объему деталей и увеличивается доля видов поверхностной термической обработки и других видов поверхностного упрочнения.

Структурные изменения технологий термиче­ских обработок происходят в следующих направле­ниях:

1) объемная обработка: значительное уменьше­ние доли технологий, проводимых в воздушной атмосфере и быстрый рост доли технологий с приме­нением регулируемых атмосфер и в вакууме;

  2) поверхностная обработка: быстрый рост доли диффузионных обработок и меньшая доля — недиффузионных обработок ( рис. 9.1).

Направления развития объемных термических обработок

1.Рост доли использования вакуума и безгенераторных атмосфер из инертных газов или формируе­мых как среда для защиты поверхности обрабаты­ваемых деталей.

2.Увеличение применения так называемых хо­лодных камер для охлаждения садок в процессе закал­ки сталей, а также получение пересыщенных твердых растворов (в том числе сплавов алю­миния) с охлаждением в инертных газах при давлении до 0,3 МПа. Можно применять холодные камеры с внутренним или внешним перекачиванием газа или системой индивидуального надува на отдельные де­тали при помощи газовых сопл. Такие камеры могут работать совместно с другими (в том числе с ваку­умными).

3. Увеличение использования изотермической закалки как для стали, так и для чугуна.

4. Рост применения дисперсион­ного упрочнения для сплавов алюминия и аустенитных сталей.

5.Развитие технологий спекания порошков ме­талла и их термической обработки,

6.Разработка специальных, синергетических ме­тодов термической обработки, являющихся сочета­ниями различных видов обработок .

7. Постепенное исчезновение процессов, основанных на на­греве в соляных ваннах.

Направления развития технологий поверхностного упрочнения

1. Умеренный рост применения поверхностной закалки (главным образом, индукционной и лазер­ной).

2.Рост применения диффузионных процессов в газовой среде с использованием точной измеритель­ной аппаратуры и компьютерного управления, осо­бенно, в области науглероживания и азотирования.

3.Рост применения диффузионных процессов с использованием вакуумной техники как науглеро­живание в вакууме или при тлеющем разряде, а так­ же ионное азотирование.

4.Рост применения диффузионных покрытий, особенно получение слоев методами химического (CVD) и физического( PVD) осаждений, а также сложных ком­позитных слоев.

5.Незначительное применение технологий азо­тирования в ванне и подобных процессов.

6.Исчезновение технологии цементации с при­менением порошков.

Термическая обработка является одним из наиболее распро­страненных в современной технике способов получения заданных свойств металлов и сплавов. Термическая обработка применяется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обраба­тываемости давлением, резанием, получения необходимой исходной структуры и др., либо как окончательная операция для придания металлу или сплаву такого комплекса механических, физико - химических свойств, который смог бы обеспечить заданные эксплуатационные характеристики изде­лия. Термическая обработка является совокупностью технологических операциий нагрева, выдержки и охлаждения с определенной скоростью. Общая дли­тельность термической обработки металла складывается из времени  нагрева до заданной  температуры, времени выдержки при этой температуре и времени охлаждения до комнатной температуры. Режим термической обработки характеризует максимальная температура нагрева, скорость нагрева, время выдержки и скорость охлаждения.                                                            

В результате термической обработки в сплавах происходят изменения фазового состава и дислокационной структуры, которое достигается при использовании имеющихся аллотропических превращений или имеющейся переменной ограниченной растворимости компонентов. При отсутствии вышеупомянутых факторов возможности термической обработки ограничены. Конкретные параметры термообработки зависят от химического состава сплава, размеров детали и назначения вида термообработки.

Скорость нагрева выбирается с учетом обеспечения минимальных затрат времени на нагрев металла, однако при этом не должны возникать термические напряжения, которые могли бы вызвать появление коробления и трещин, что может быть при ускоренном нагреве. Скорость нагрева зависит от теплопроводности сплава, определяемой его химическим составом. При низкой теплопроводности сплава осуществляется медленный нагрев до определенной температуры ( для достижения пластичности) и только потом – ускоренный. Время выдержки должно быть достаточным для сквозного прогрева детали в наибольшем сечении и для полного завершения всех структурно- фазовых превращений.

От скорости охлаждения при проведении термической обработки зависят фазовая и дислокационная структура, приобретаемая сплавом. Она должна быть достаточной для обеспечения протекания необходимых превращений, но не должна вызывать появление напряжений, могущих вызвать появление коробления и трещин.

9.2. Классификация видов термической обработки стали

Собственно термическая обработка включает отжиг, закалку без полиморфного превращения, закалку с полиморфным превращением, отпуск и старение. Эти виды тер­мической обработки применяются к сталям, к цветным ме­таллам и к сплавам.                                               

Термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла, находящегося в результате каких-либо предшествующих воздей­ствий в неравновесном состоянии, и приводящая его в более близ­кое к равновесному состояние, называется отжигом. Охлаждение после отжига производится вместе с печью.

Нагрев при отжиге может производиться ниже и выше темпе­ратур фазовых превращений в зависимости от целей отжига.

Отжиг, при котором нагрев и выдержка металла производятся с целью приведения его в однородное (равновесное) состояние за счет уменьшения (устранения) химической неоднородности, снятия внутренних напряжений и протекания  рекристаллизации, называется отжи­гом первого рода. Его проведение не связано с прохождением фа­зовых превращений. Он возможен для любых металлов и сплавов. В зависимости от того, какие отклонения от равновесного со­стояния устраняются, существуют следующие разновидности от­жига I рода: гомогенизационный, рекристаллизационный и умень­шающий напряжения.

Гомогенизационный (диффузионный) отжиг - это термическая обработка, при которой главным процессом является устранение последствий дендритной ликвации (химической неоднородности), его применяют ,как правило , к литым и реже к деформированным сплавам. Рекристаллизационный отжиг - это термическая обработка деформированного металла, при которой главным процессом яв­ляется рекристаллизация металла.

Отжиг II рода ( фазовая перекристаллизация) возможен для металлов и сплавов, имеющих фазовые превращения. Нагрев сплава с неравновесной структурой выше температур фазовых превращений с последующим медленным охлаждением приводит сплав в более равновесное состояние.

Термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла выше температур фазовых превращений с последующим быстрым охлаждением для получения структурно неравновесного со­стояния, называется закалкой. Существуетдва различающихся вида закалки: закалка с полиморфным превращением и закалка без полиморфного превращения. Закалка без полиморфного превращения состоит в фиксации при более низкой температуре состояния,свойственного более высокой температуре т.е. при этом образуется пересыщенный твердый раствор. Закалка с полиморфным превращением применима к металлам и сплавам, в которых при охлаждении перестраивается кристаллическая решетка. Этот вид закалки характе­рен для сплавов железа с угле­родом (стали). После закалки в стали образуется структура пересыщенного твердого раствора уг­лерода в -железе, которая называется мартенситом.

Состояние закаленного сплава характеризуется особой неус­тойчивостью. Процессы, приближающие его к равновесному со­стоянию, могут идти даже при комнатной температуре и резко ускоряются при нагреве.

Термическая обработка, представляющая собой нагрев зака­ленного сплава ниже температур фазовых превращений (ниже Ас1) для приближения его структуры к более устойчивому состоянию, называется отпуском. Отпуск является операцией, проводимой после закалки стали (закалки с полиморфным превращением).

Разница между опрерациями отжига и отпуска в том, что отпуск - всегда проводится после закалки.

Отпуск, происходящий после закалки без полиморфного превращения в результате длительной выдержки при комнатной температуре, или отпуск при сравнительно не­большом подогреве называется старением.

Кроме этих основных видов термической обработки широко применяются еще два вида технологий, представляющих сочетание термической обработки с химическим воздействием ( химико- термическая обработка) или с пластической деформацией ( термомеханическая обработка).



Последнее изменение этой страницы: 2021-04-05; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.236.110.106 (0.008 с.)