Технология термической обработки

Уясните влияние скорости охлаждения на структуру и свойства стали и физическую сущность процессов отжига, нормализации, закалки и обработки холодом. При изучении технологических процессов термической обработки особое внимание обратите на разновидности режимов и их назначение. Для выяснения причин брака при термической обработке стали следует прежде всего разобраться в природе термических и фазовых напряжений.

Уясните различие между закаливаемостью и прокаливаемостью стали, а также факторы, влияющие на эти характеристики. Разберитесь в сущности способа получения высокопрочных деталей – термомеханической обработке.

Различные виды поверхностной закалки позволяют получить особое сочетание свойств поверхностного слоя и сердцевины, что приводит к повышению эксплутационных характеристик изделия. При изучении индукционной закалки уясните связь между глубиной проникновения закаленного слоя и частотой тока. Закалка при нагреве токами высокой частоты приводит к получению более высоких механических свойств, чем при обычном нагреве. Для получения оптимальных результатов следует руководствоваться диаграммами допустимых и преимущественных режимов нагрева под закалку токами высокой частоты.

Необходимо иметь в виду, что современные автоматические и полуавтоматические агрегаты для термической обработки могут быть включены в технологические линии машиностроительных заводов, в связи с чем при массовом производстве отпадает необходимость в специальных термических цехах и отделениях.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Приведите определения основных процессов термической обработки: отжага, нормализации и закалки. 2. Какие вам известны разновидности процесса отжига и для чего они применяются? 3. Какова природа фазовых и термических напряжений? 4. Какие вам известны разновидности закалки и в каких случаях они применяются? 5. Какие виды и причины брака при закалке? 6. Какие вам известны группы охлаждающих сред и каковы их особенности? 7. От чего зависит прокаливаемость стали и в чем ее технологическое значение? 8. Какие вам известны технологические приемы уменьшения деформации при термической обработке? 9. Для чего и как производится обработка холодом? 10. Как изменяются скорость и температура нагрева изделий из легированной стали по сравнению с углеродистой? 11. В чем сущность и особенности термомеханической обработки? 12. Как влияет поверхностная закалка на эксплутационные характеристики изделий? 13.Как регулируется глубина закаленного слоя при обработке токами высокой частоты? 14. Каковы преимущества поверхностной индукционной закалки?

 

Химико–термическая обработка стали

И поверхностное упрочнение наклепом

 

При изучении основ химико-термической обработки следует исходить из того, что принципы химико-термической обработки едины. Процесс химико-термической обработки состоит из выделения атомарного насыщающего вещества внешней средой, захвата (сорбции) этих атомов поверхностью металла и диффузии их внутрь металла. Поэтому нужно рассмотреть реакции в газовой среде при цементации или азотировании и усвоить современные представления о диффузии в металлах. В большинстве случаев насыщение может происходить из твердой, жидкой и газообразных сред, а поэтому нужно знать наиболее удачные варианты насыщения для каждого метода химико-термической обработки и конечные результаты (поверхностное упрочнение и изменение физико-химических свойств).

Разберитесь в технологии проведения отдельных видов химико-термической обработки. Уясните преимущества и области использования цементитации, азотирования, цианирования и различных видов диффузионной металлизации. Объясните влияние легирования на механизм формирования структуры поверхностного слоя. Рассмотрите сущность и назначение дробеструйного поверхностного наклепа и его влияние на эксплутационные свойства деталей машин.

 

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключаются физические основы химико-термической обработки? 2. Химизм процесса цементитации. 4. Назначение и режим термической обработки после цементитации. 5. Чем отличаются режимы цементитации легированной стали и углеродистой? 6. Каковы свойства цементитированных и азотированных изделий? 7. Химизм и назначение процесса цианирования. 8. В чем различие между диффузионным и гальваническим хромированием? 9. Для каких целей и как производится нитроцементитация? 10. Сущность и назначение процесса борирования. 11.Как изменяются свойства изделий при дробеструйной обработке и какова природа этих изменений? 12. Как влияет поверхностное упрочнение на эксплутационные характеристики изделий?

 

Конструкционные стали

Нужно усвоить принципы маркировки стали и уметь по маркировке определить состав и особенности данной стали, а также иметь общее представление о разных группах стали.

Хорошо разберитесь во влиянии легирующих элементов на изменение структуры и свойств стали, особое внимание уделите технологическим особенностям термической обработки легированной стали различных групп.

Рассмотрите способы классификации (по структуре в нормализованном состоянии и по назначению), основные принципы выбора для различного назначения цементитуемых, улучшаемых, пружинно-рессорных, износостойких, высокопрочных, нержавеющих, жаропрочных и других сталей.

При изучении жаропрочных сталей обратите внимание на особенности поведения металла в условиях нагружения при повышенных температурах. Уясните сущность явления ползучести и основные характеристики жаропрочности; каковы предельные рабочие температуры и области применения различного структурного класса.

В качестве примеров указать две-три марки стали каждой группы, расшифровать состав, назначить режим термической обработки и охарактеризовать структуру, свойства и область применения.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Расшифруйте химический состав стали марок: 40, 20Х, 30ХГСА, 50Г, Г13, ЩХ15, 18Х2Н4ВА, 5ХНМ, Х18Н9Т, Н18К8М5Т. 2. Как классифицируются легированные стали? 3. Как классифицируются конструкционные стали по технологии термической обработки? 4. Какие требования предъявляются к цементитируемым изделиям? 5. Чем определяется выбор марки цементитуемой стали для изделий различного назначения? Приведите примеры марок стали, используемых в различных условиях работы. 6. Какова термическая обработка цементитуемых деталей? 7. Чем объясняется назначение процесса улучшения для конструкционной стали? 8. Как влияет степень легирования на механические свойства улучшаемой стали? 9. Термическая обработка улучшаемых сталей. 10. Чем определяется выбор марки улучшаемой стали для изделий различного назначения? Примеры марок сталей, используемых в различных условиях работы. 11. Какие требования предъявляются к рессорно – пружинным сталям и как они классифицируются по прочностным свойствам? 12. Приведите примеры марок стали для рессор и пружин, работающих в различных условиях. 13. Термическая обработка рессорно – пружинной стали. 14. Какие вы знаете износостойкие стали? 15. Каковы особенности мартенситостареющих сталей? 16. Приведите примеры марок высокопрочной стали, назначте режим термообработки. 17. Каковы требования, предъявляемые к нержавеющим сталям? 18. В чем сущность электрохимической коррозии? 19. Укажите марки хромистых нержавеющих сталей. Их состав, термическая обработка, свойства и назначение. 20. Укажите марки хромоникелевых нержавеющих сталей. Их свойства, состав, термическая обработка, назначение. 21. Что такое окалиностойкость? 22. Каковы требования, предъявляемые к жаростойким сталям? 23. Какими способами можно повысить окалиностойкость? 24. Каковы требования, предъявляемые к жаропрочным сталям? 25. В чем сущность явления ползучести? 26. Приведите определения предела ползучести и предела длительной прочности. Что такое скорость ползучести? Каков физический смысл этих характеристик? 27. Какими способами можно повысить жаропрочность стали? Объясните природу упрочнения. 28. Приведите примеры жаропрочных сталей перлитного, мартенситного и аустенитного классов. Укажите их состав, обработку, свойства и области применения. 29. Каковы особенности и области применения металлокерамических сплавов?

 

Инструментальные стали

Изучите классификацию инструментальных сталей в зависимости от применения инструмента и в связи с этим рассмотрите основные эксплутационные свойства инструмента каждой группы. Особое внимание уделите быстрорежущим сталям. Уясните причины их высокой красностойкости и особенности термической обработки.

При изучении штамповых сталей необходимо различать условия работы штампов для деформирования в холодном состоянии и штампов для деформирования в горячем состоянии.

Студент обязан уметь выбрать марку стали для инструмента различного назначения, расшифровать ее состав, назначить режим термической обработки, объяснить сущность происходящих при термической обработке превращений и указать получаемые структуру и свойства.

 

Вопросы для самопроверки

 

Расшифруйте химический состав стали марок: У10, 9ХС, ХВГ, Р18, Р18Ф2, Р9К10, Р9М4К8, Х12, 6ХВ2С, Х12ВМ. 2. Как классифицируются инструментальные стали? 3. Требования, предъявляемые к сталям для режущего инструмента. 4. Приведите примеры углеродистых и легированных сталей, используемых для режущего инструмента. Укажите их состав, режим термической обработки, структуру и свойства. 5. Укажите и расшифруйте основные марки быстрорежущей стали. 6. В чем сущность явления красностойкости и каким образом можно повысить красностойкость инструмента? 7. Какова термическая обработка быстрорежущей стали? 8. Как подразделяются штамповые стали? Требования, предъявляемые к штамповым сталям для деформирования металла в холодном состоянии и к сталям – для деформирования металла в горячем состоянии. 9. Какие стали применяются для штампов холодной штамповки? Укажите их состав, термическую обработку, структуру и свойства. 10. Какие стали применяются для пресс-форм литья под давлением? 11. Какие требования предъявляются к сталям для измерительного инструмента? Укажите марки стали, их состав, термическую обработку, структуру и свойства. 12. Что представляют собой твердые сплавы? Каковы их свойства и преимущества? 13. Укажите марки твердых сплавов, их состав и назначение.

 

Специальные сплавы

 

В этом разделе изучаются стали и сплавы, обладающие особыми физическими свойствами: магнитные, с особенностями теплового расширения и электрического сопротивления. Необходимо знать требования, предъявляемые к каждой группе сплавов, и их назначение. В качестве примеров укажите две – три марки стали или сплава данной группы, расшифруйте их состав, определите режим термической обработки с объяснением происходящих структурных превращений, охарактеризуйте получаемую структуру и свойства.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Как классифицируются магнитные стали и сплавы? Требования, предъявляемые к магнитомягким материалам, и требования, предъявляемые к магнитотвердым материалам. 2. Какие вы знаете магнитомягкие стали и сплавы? Укажите их состав, свойства и назначение. 3. Какие вы знаете магнитотвердые материалы? Укажите их состав, термическую обработку, свойства и назначение. 4. Какие требования предъявляются к сплавам с высоким электросопротивлением? Приведите примеры таких сплавов с указанием их состава, структуры, свойств и области применения. 5. Приведите примеры сплавов с особенностями теплового расширения. Их состав, свойства и назначение. 6. Какие вы знаете сплавы с заданными упругими свойствами? Приведите их состав, свойства и назначение.