- •114 Марчук с.И., Петрущак с.В. Конспект лекций по курсу «Материаловедение»…
- •Введение
- •Строения материалов
- •2.1 Строение идеальных кристаллов
- •2.2 Дефекты кристаллического строения
- •2.3 Линейные дефектыМарчук с.И., Петрущак с.В. Конспект лекций по курсу «Материаловедение»…
- •2.4 Взаимодействие дефектов кристаллического строения
- •3.1 Упругая и пластическая деформация. Механизм пластической деформации.
- •3.2 Влияние холодной пластической деформации
- •3.3 Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла.
- •4.1. Движущая сила кристаллизации
- •4.2. Гомогенная кристаллизация
- •4.3. Гетерогенная кристаллизация
- •4.4. Строение металлического слитка
- •4.5 Стеклование и аморфизация
- •Двухкомпонентных систем
- •5.1 Диаграмма фазового равновесия сплавов с неограниченной растворимостью в жидком и твердом состоянии
- •5.2 Диаграмма фазового равновесия сплавов с неограниченной растворимостью в жидком и ограниченной растворимостью в твердом состоянии
- •5.2.1 Диаграммы состояния эвтектического типа
- •5.2.3 Двойная диаграмма состояния перитектического типа
- •5.2.4 Диаграммы состояния двух компонентов, образующих промежуточные фазы
- •5.2.5 Двойные диаграммы состояния сплавов полиморфных компонентов и промежуточных фаз
- •Железо - углерод
- •6.1 Компоненты
- •6.2 Фазы в системе железо - углерод
- •6.3 Диаграмма состояния системы железо-углерод
- •6.4 Формирование структуры технического железа
- •6.5 Формирование структуры сталей
- •6.6 Влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства сталей
- •6.7 Классификация и маркировка углеродистых сталей
- •6.8 Формирование структуры чугунов
- •6.8.1 Формирование структуры белых чугунов
- •6.8.2 Влияние скорости охлаждения на формирование структуры чугунов
- •6.8.3 Формирование структуры ковкого чугуна
- •6.8.4 Маркировка чугунов с графитом
- •7.1 Превращения при нагреве сталей
- •7.2 Превращения аустенита при охлаждении
- •7.2.I Распад аустенита в изотермических условиях
- •7.2.2 Распад аустенита в условиях непрерывного охлаждения
- •8.1 Отжиг
- •8.1.1 Отжиг первого рода
- •8.1.2 Отжиг второго рода
- •1 6 4,6 5 2 3 Отжиг 1 рода:
- •8.1.3 Виды отжига второго рода
- •8.2 Закалка стали
- •8.2.1 Способы объемной закалки
- •8.3 Отпуск закаленной стали
- •8.3.1 Превращения в закаленной стали при нагреве (отпуске )
- •8.3.2 Структура и свойства отпущенной стали
- •8.3.3 Виды отпуска
- •8.4 Поверхностное упрочнение стали
- •8.4.1 Поверхностная закалка
- •8.4.1.1 Структура и свойства стали после закалки твч
- •8.4.2 Химико-термическая обработка
- •8.4.2.1 Формирование структуры цементованного изделия
- •8.4.2.2 Термическая обработка после цементации
- •Время, ч
- •8.4.3 Азотирование стали
- •9.1 Влияние легирующих элементов на свойства фаз в сталях
- •9.1.2 Влияние легирующих элементов на устойчивость переохлажденного аустенита
- •9.2 Маркировка легированных сталей
- •9.3 Классификация легированных сталей
- •9.4 Конструкционные стали
- •9.4.1 Низколегированные строительные стали
- •9.4.2 Машиностроительные стали
- •9.4.2.1 Цементуемые стали
- •9.4.2.2 Улучшаемые стали
- •9.4.2.3 Рессорно-пружинные стали
- •9.4.2.4 Шарикоподшипниковые стали
- •9.4.2.5 Износостойкие стали
- •9.4.2.6 Коррозионностойкие стали
- •9.5 Инструментальные стали
- •9.5.1 Стали для режущего инструмента
- •9.5.2 Стали для деформирующего инструмента (штамповые стали)
- •9.5.3 Стали для мерительного инструмента
- •9.6 Твердые сплавы
- •10.1 Титан и его сплавы
- •10.2 Алюминий и его сплавы
- •10.3Магний и его сплавы
- •10.4 Медь и ее сплавы
- •11.1 Структура и основные свойства полимеров
- •11.2 Пластические массы
- •11.3 Резина
- •11.4 Стекло
- •11.5 Ситалы.
- •11.6 Керамика
- •11.7 Композиционные материалы
8.3.3 Виды отпуска
Важнейшими параметрами, определяющими структуру и свойства отпущенной стали, являются температура и длительность отпуска. По температуре нагрева различают три вида отпуска: низкий, средний и высокий.
Низкий отпуск - до 250 °С. Применяется для снижения внутренних напряжений и уменьшения хрупкости при сохранении высокой твердости. Получаемая структура - мартенсит отпуска. Низкому отпуску подвергают режущий и измерительный инструмент, штампы холодной штамповки, детали после поверхностной закалки цементации, цианирования.
Средний отпуск - 350-500 °С. Применяется в основном для пружин и рессор, когда необходимо обеспечить высокие упругие свойства в сочетании с достаточно высокой прочностью и вязкостью. Структура после среднего отпуска - троостит отпуска.
Высокий отпуск - 500-650 °С. Структура - сорбит отпуска. Этот отпуск полностью снимает внутренние напряжения, значительно повышает ударную вязкость. Прочность в твердость при этом снижаются, но остаются значительно более высокими, чем в отожженном состоянии. Таким образом, высокий отпуск обеспечивает хорошее сочетание свойств прочности, пластичности и вязкости. Закалка в сочетании с высоким отпуском называется улучшением. Улучшению подвергают большинство деталей машин: валы, оси, шестерни, втулки и др.
Время выдержки при отпуске должно быть достаточным для завершения превращений и снятия напряжений. Чем выше температура отпуска, тем меньше его длительность, так как больше скорость диффузии.
Для изделий небольших сечений выдержка при низким отпуске составляет около 2 ч, при среднем - примерно 1ч, при высоком - 20-30 мин. С увеличением размеров деталей длительность отпуска повышают.
8.4 Поверхностное упрочнение стали
Многие детали машин работают на истирание, испытывая одновременно ударные воздействия. В таких случаях деталь должна иметь высокую твердость поверхности при вязкой сердцевине. Поверхностное упрочнение изделий достигается в основном двумя путями:
поверхностной закалкой;
химико-термической обработкой (ХТО)
8.4.1 Поверхностная закалка
При поверхностной закалке на определенную глубину нагревается (выше критических точек) и затем закаливается только поверхностный слой. Для выполнения этого условия нагрев поверхности должен быть очень интенсивным, чтобы за счет теплопроводности не произошло нагрева внутренних слоев. Обычно нагрев осуществляют следующими способами:
газопламенный нагрев (обычно для крупногабаритных деталей);
индукционный нагрев;
с использованием лазеров или электронно-лучевым способом.
В настоящее время наибольшее применение имеет поверхностная закалка с использованием индукционного нагрева (закалка ТВЧ).
Индукционный нагрев основан на использовании трех известных законов физики. Во-первых – закона электромагнитной индукции (в проводнике, помещенном в переменное электромагнитное поле возникает (индуцируется) ток той же частоты). Во-вторых – поверхностного (skin) эффекта (постоянный ток распределяется равномерно по сечению проводника, а переменный – чем выше частота, тем больше вытесняется на поверхность проводника). В-третьих, по закону Джоуля-Ленца Q=I2 * R, т.е. выделение тепла происходит в поверхности изделия. При прохождении переменного тока по проводнику (медному водоохлаждаемому индуктору) вокруг него образуется переменное магнитное поле, силовые линии которого пронизывают деталь (рис. 8.7). В детали индуцируются вихревые токи, вследствие чего и происходит ее разогрев (рис. 8.8).
Плотность тока, индуцированного в детали, по ее сечению неравномерна. Можно считать, что вихревые токи возникают только в поверхностном слое, глубина которого зависит от частоты тока и физических свойств стали – удельного электросопротивления и магнитной проницаемости.
гдеh – глубина закаленного слоя, мм;
k – коэффициент пропорциональности;
- удельное электросопротивление, Ом*см;
- магнитная проницаемость, Гс/Э;
- частота тока, Гц
Рисунок 8.7 – Схема индукционного нагрева |
Рисунок 8.8 – Закалка цилиндрической детали с нагрева ТВЧ |
Чем выше частота тока, тем меньше глубина прогреваемого слоя. Поэтому для получения закаленных слоев толщиной до 2 – 3 мм используют ламповые генераторы, вырабатывающие ток частотой 50000 – 100000 Гц, а при большей глубине – машинные генераторы, вырабатывающие ток частотой 2500 – 10000 Гц.
Необходимость водяного охлаждения индуктора связана с использованием больших удельных мощностей (до 2 квт/см2) Это обеспечивает высокие скорости нагрева ТВЧ (время нагрева измеряется секундами), из за чего фазовые превращения смещаются в область более высоких температур. Поэтому температура высокочастотной закалки обычно выше, чем при печном нагреве, например, для стали 40 при печном нагреве t = 840-860 °С, а при индукционном со скоростью 250 или 400 K/с соответственно t = 880 – 920°С и t = 930 – 980 °С. При малых длительностях выдержки аустенитное зерно не успевает вырасти даже при перегреве, поэтому текущий контроль за температурой нагрева не очень важен.