Превращения закаленной стали при отпуске. Влияние температуры отпуска на свойства сталей. Выбор вида отпуска в зависимости от назначения деталей.

Отпуск – термическая обработка стали, заключающаяся в нагреве закаленной на мартенсит стали до температуры ниже критической, выдержки при этой температуре и охлаждении на воздухе.

Цель отпуска: Улучшение механических свойств закаленной стали, снижение хрупкости, повышение пластичности, некоторое снижение твердости и прочности.

Закалка + Отпуск = Улучшение свойств стали.

Исходная структура – мартенсит закалки: высокое содержание углерода, сильно искаженная кристаллическая решетка, значительное напряжение в структуре, высокая степень неравновесности. Виды отпуска:

1) Низкотемпературный отпуск (низкий отпуск):

Исходная структура – мартенсит закалки, температура отпуска tотп = 150–250° C. В результате отпуска – мартенсит отпуска и карбиды железа.

При повышении температуры активизируется диффузия. Часть атомов углерода покидает кристаллы мартенсита, концентрируется в локальных областях, где образуется карбид железа. Размеры этих карбидов очень небольшие. Результат низкого отпуска: уменьшение степени пересыщенности мартенсита и, как следствие, снижение внутреннего напряжения, немного снижается твердость и прочность. Мартенситная структура в целом сохраняется, снижается склонность стали к хрупкому разрушению.

2) Среднетемпературный отпуск (средний отпуск):

Исходная структура – мартенсит закалки, температура отпуска tотп = 250–450° C. В результате отпуска – тростит отпуска.

При повышении температуры активизируется диффузия. Диффузия углерода при такой температуре достаточна для превращения мартенсита в перлитную структуру, но не достаточна для перемещения углерода на большие расстояния. В итоге образуется смесь феррита и цементита. Особенности среднего отпуска: маленький размер кристаллов, кристаллы равноостные, мелкодисперсные. Такая структура называется тростит отпуска. Такая структура обладает высокой прочностью и твердостью и достаточным запасом пластичности. Используется для ответственных, сильно нагреваемых деталей (пружины, рессоры).

3) Высокотемпературный отпуск (высокий отпуск):

Исходная структура – мартенсит закалки, температура отпуска tотп = 450–650° C. В результате отпуска – сорбит отпуска.Процессы аналогичны среднему отпуску, но увеличивается расстояние, на которое смещаются атомы углерода. Диффузия происходит интенсивнее, чем в случае среднетемпературного отпуска, увеличиваются размеры кристаллов феррита и цементита. Такая структура называется сорбит отпуска. В результате высокого отпуска повышается пластичность, снижается хрупкость, одновременно уменьшается твердость и прочность. Используется для ответственных, сильно нагреваемых деталей под ударными нагрузками.

 

2)Закономерности усталостного разрушения. Пути повышения предела выносливости.

(не до конца…)

Билет23

Рекристаллизация холоднодеформированных металлов и сплавов. Изменение структуры и свойств при рекристаллизации. Факторы, влияющие на размер зерна после рекристаллизации. Горячая и холодная обработка давлением.

 

Рекристаллизация – процесс формирования и роста новых недеф. зерен с пониженной плотностью дислокаций, разделенных большеугловыми границами при нагреве наклепанного металла до определенной температуры.

 

Первичная рекристаллизация (обработки) заключается в образовании центров кристаллизации и росте новых равновесных зерен с неискаженной кристаллической решеткой. Новые зерна возникают у границ старых зерен и блоков, где решетка была наиболее искажена. Количество новых зерен постепенно увеличивается и в структуре не остается старых деформированных зерен.

Приводит к снижению прочностных свойств и повышению пластичности.

 

Собирательная рекристаллизация заключается в самопроизвольном росте одних рекристалл. зерен за счет соседних путем перемещения большеугловых границ.

Равноосная мелкозернистая структура.

Происходит при повышенных температурах нагрева.

 

Вторичная рекристаллизация – образуется структура с высокой неоднородностью зерен и пониженными механическими свойствами. Полиэдрическая структура. При высоких температурах.

Температура начала рекристаллизации связана с температурой плавления:

Т_рек=аТ_плавл.

Вольфрам, молибден – самые тугоплавкие Me. Если чистый Me - a 0,2, механические смеси - a 0,4, твѐрдые растворы - a 0,6, химические соединения - a 0,8

Основными факторами, определяющими величину зерен металла при рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень предварительной деформации

С повышением температуры происходит укрупнение зерен, с увеличением времени выдержки зерна также укрупняются.

При холодном деформировании (не выше 0,3Т_пл) увеличиваются прочностные характеристики и понижается пластичность и ударная вязкость. Металлы интенсивно наклепываются в начальной стадии деформирования, затем при возрастании деформации механические свойства изменяются незначительно. Наклеп снижает пластичность металла.

 

Холодную обработку давлением проводят при температурах ниже температуры рекристаллизации, и она сопровождается наклепом.

Горячую обработку давлением проводят при температурах выше температуры рекристаллизации, поэтому после окончания деформации наклеп уменьшается рекристаллизационными процессами.

 

2)Закономерности усталостного изнашивания в условиях высоких контактных нагрузок. Подшипниковые стали. Состав, марки, предварительная и упрочняющая обработка.

Основным эксплуатационным свойством подшипников качения, как и смазываемых колес, является контактная выносливость.

Подшипники качения работают, как правило, при низких динамических нагрузках, что позволяет изготовлять их из сравнительно хрупких высокоуглеродистых сталей после сквозной закалки и низкого отпуска. Для производства шариков, роликов и колец подшипников применяют недорогие технологичные хромистые стали ШХ4, ШХ15, ШХ15ГС и ШХ20ГС, содержащие примерно 1% С (ГОСТ 801-78). В обозначении марок буква Ш означает подшипниковую сталь; Х – наличие хрома; число – его содержание в процентах (0,4;1,5;2,0); ГС – легирование марганцем (до 1,7%) и кремнием (до 0,85%)

Прокаливаемость сталей увеличивается по мере повышения концентрации хрома. Сталь ШХ15 предназначена для изготовления деталей подшипников поперечным сечением 10-20 мм; более легированные стали ШХ15СГ и ШХ20СГ – для деталей, прокаливающихся на большую глубину (свыше 30 мм).

Стали поставляют после сфероидизирующего отжига со структурой мелкозернистого перлита (179 - 217 НВ) и повышенными требованиями к качеству металла. В них строго регламентированы карбидная неоднородность и загрязненность неметаллическими включениями, так как, выходя на рабочую поверхность, они служат концентраторами напряжений и способствуют более быстрому развитию усталостного выкрашивания.

Для изготовления высокоскоростных подшипников применяют стали после электрошлакового переплава (к марке таких сталей добавляют бу кву Ш, например ШХ15-Ш), отличающиеся наибольшей однородностью строения. Такие стали необходимы также для изготовления высокоточных приборных подшипников, детали которых тщательно полируют с тех», чтобы обеспечить минимальный коэффициент трения. Это возможно лишь при высокой чистоте металла по неметаллическим включениям.

Детали подшипников подвергают типичной для заэвтектоидных сталей термической обработке: неполной закалке от 820 - 850 °С и низкому отпуску при 150 - 170 °С. После закалки в структуре сталей сохраняется остаточный аустенит (8 - 15%), превращение которого может вызвать изменение размеров деталей подшипников.

Летали крупногабаритных роликовых подшипников диаметром 0,5 -2 м (для прокатных станов, электрических генераторов) изготовляют из сталей 12ХНЗА, 12Х2Н4А, подвергая их цементации на большую глубину (3 - 6 мм).

Для подшипников, работающих в агрессивных средах, применяют коррозионно-стойкую хромистую сталь 95Х18 (0,95% С, 18% Сr).

 

 

(не всё…)

 

Билет24