реферат. Реферат по дисциплине материаловедение по теме Превращение при отпуске закаленной стали. Свойства термически обработанной стали
 Скачать 16.22 Kb.
|
|
Министерство образования Кузбасса Государственное профессиональное образовательное учреждение «Кузнецкий индустриальный техникум» Профессия
РЕФЕРАТ по дисциплине: «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ» по теме: «Превращение при отпуске закаленной стали. Свойства термически обработанной стали» «Эффект памяти формы. Сущность, особенности, применение»
подпись ФИО
подпись ФИО г. Новокузнецк 2022 г. Содержание1. Превращение при отпуске закаленной стали..........................................3-4 1.1 Свойства термически обработанной стали............................................4-8 2. Эффект памяти формы.............................................................................8-9 2.1 Как это работает...................................................................................9-10 2.2 В чем его особенности и где применяется..............................................10 Список используемых источников…………………………………………….....................................11 1. Превращение при отпуске закаленной сталиСтруктура закаленной стали состоит из мартенсита и остаточного аустенита. Обе структурные составляющие нестабильны и стремятся к распаду на равновесную смесь феррита и цементита, однако при комнатной температуре этот процесс протекает бесконечно медленно, а для его ускорения требуется нагрев. Отпуск - это термическая операция, заключающаяся в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической точки Аь выдержке при температуре нагрева и последующим охлаждении, обычно на воздухе. В зависимости от температуры при отпуске стали, закаленной на мартенсит, протекают следующие процессы: 1 .Сегрегация углерода на дефектах решётки мартенсита, а именно - образование примесных атмосфер на дислокациях. Экспериментально выявленно, что сегрегация углерода образуется на структурных несовершенствах при комнатной температуре сразу после закалки и даже в период закалочного охлаждения от температуры Мн (малоуглеродистых), это явление можно назвать самоотпуском. Для насыщения атмосфер на дислокациях в мартенсите требуется примерно 0,2 % С. При комнатной температуре образование сегрегаций на дислокациях быстро идёт в первые минуты выдержки и завершается за 1 - 2 ч после закалки. 2. Выделение промежуточных карбидов из мартенсита. Начиная примерно с температуры 100° С, экспериментально обнаруживается метастабильный г- карбид, отличающийся от цементита типом решётки. Вероятная формула 8- карбида Fe24C. При низких температурах e-карбид выделяется в виде очень дисперсных пластин или стержней. С повышением температуры или увеличением продолжительности отпуска частицы 8- карбида укрупняются. 3. Образование цементита ЁезС. Этот процесс происходит при температурах выше 2500 С, причём наиболее активно в интервале 300 - 400 0 С (при более высоких температурах отпуска выигрыш в объёмной и поверхностной свободной энергии делает предпочтительнее зарождение и рост цементита РезС, чем промежуточной 8-карбида Fe24C). 4. Коагуляция и сфероидизация цементита. Это завершающая стадия процессов карбидообразования при отпуске. При сравнительно низких температурах цементит растёт в виде дисперсных пластин, полукогерентных матрице. Размер цементитных пластин различен. Концентрация углерода в а-растворе около мелких частиц выше, чем около крупных. Эта разность концентраций обеспечивает диффузию углерода в а-растворе от более мелких частиц к более крупным. Так осуществляется коагуляция и сфероидизация цементита при отпуске стали. По настоящему интенсивно эти процессы начинают развиваться с 350 - 400°С. Выше 600°С все частицы цементита - сферические, и идёт только их коагуляция. 5. Распад остаточного аустенита. Этот процесс играет существенную рольв отпуске высокоуглеродистых сталей, где остаточный аустенит находится в значительном количестве. Распад аустенита активно протекает в интервале температур примерно 200-300°С. Остаточный аустенит при отпуске превращается в отпущенный мартенсит, или нижний бейнит. 6. Уменьшение концентрации углерода в а -растворе. Этот процесс идёт во всём температурном интервале выделения из матричной фазы карбидов. Из сказанного видно, что при отпуске закаленной углеродистой стали протекают процессы, которые по времени и температурному интервалу своего развития накладываются один на другой. Указанные температурные границы структурных изменений могут смещаться вверх или вниз с изменением содержания углерода в стали или постепенно снижаться при увеличении продолжительности отпуска. 1.1 Свойства термически обработанной стали Термическая обработка (термообработка) стали— процесс изменения структуры стали, цветных металлов, сплавов при нагревании и последующем охлаждении с определенной скоростью. Термическая обработка (термообработка) приводит к существенным изменениям свойств стали, цветных металлов, сплавов. Химический состав металла не изменяется. Виды термической обработки стали Отжиг Отжиг — термическая обработка (термообработка) металла, при которой производится нагревание металла, а затем медленное охлаждение. Эта термообработка (т. е. отжиг) бывает разных видов (вид отжига зависит от температуры нагрева, скорости охлаждения металла). Закалка Закалка — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, основанная на перекристаллизации стали (сплавов) при нагреве до температуры выше критической; после достаточной выдержки при критической температуре для завершения термической обработки следует быстрое охлаждение. Закаленная сталь (сплав) имеет неравновесную структуру, поэтому применим другой вид термообработки — отпуск. Отпуск Отпуск — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, проводимая после закалки для уменьшения или снятия остаточных напряжений в стали и сплавах, повышающая вязкость, уменьшающая твердость и хрупкость металла. Нормализация Нормализация — термическая обработка (термообработка), схожая с отжигом. Различия этих термообработок (нормализации и отжига) состоит в том, что при нормализации сталь охлаждается на воздухе (при отжиге — в печи). Среди основных видов термической обработки следует отметить: Отжиг (гомогенизация и нормализация). Целью является получение однородной зёренной микроструктуры и растворение включений. Последующее охлаждение является медленным, препятствующим образованию неравновесных структур типа мартенсита. Закалку проводят с повышенной скоростью охлаждения с целью получения неравновесных структур типа мартенсита. Критическая скорость охлаждения, необходимая для закалки зависит от материала. Отпуск необходим для снятия внутренних напряжений, внесённых при закалке. Материал становится более пластичным при некотором уменьшении прочности. Дисперсионное твердение (старение). После проведения отжига проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц. Термическая обработка металлов разделяется на обработку черных металлов и цветных. Ниже пойдет речь конкретно об видах термической обработке стали. Также можете ознакомится с термической обработкой цветных металлов. Обжигание — нагревание стального изделия до температуры 840—900 °С, выдержка при этой температуре не меньше 2 ч и охлаждение вместе с печью. Этот метод применяют при изготовлении из закаленного изделия другого или же когда предыдущий закал был неудачный и инструмент нужно снова закалить. Если закаливать необожженные детали, то в них могут возникнуть трещины, структура металла станет неоднородной, что резко ухудшает качество изделия. Мелкие детали отжигают, нагревая на массивных накаленных стальных штабах, с которыми их охлаждают. Иногда изделие нагревают ацетиленовой горелкой, которую постепенно отдаляют от изделия, чтобы изделие постепенно остыло. Нормализация – это нагревание стальных изделий к соответствующей температуре и охлаждению на воздухе. Закаливание – нагревание углеродных или некоторых легированных сталей к определенной температуре и быстрое ее охлаждение. В результате этого изменяется кристаллическая структура металла – он становится твердее и более антикоррозийным. Мало-углеродные стали с содержимым углерода до 0,3 % не закаливаются. В зависимости от марки сталь нагревают до определенной температуре. Так, стали У7, У7А нагревают до 770—790 °С; У8-У13А — до 760—780; Р9-Р18 К5-Ф2 – до 1235—1280 °С. При нагревании выше этой температуры сталь теряет свои свойства «Пережиг» — непоправимый брак. Это также касается отжига и отпускания. В небольших мастерских или в домашних условиях температуру определяют за цветом разжаривания (в затененном месте), которое приобретает изделие во время нагревания: Цвет. Температура, °С Темно-коричневый………. 530-580 Коричнево-красный ……..580-650 Темно-красный ……………650-730 Темно-вишневый …………730-770 Вишнево-красный ………..770-800 Светло-вишневый………. 800-830 Светло-красный …………830-900 Оранжевый ………………..900-1050 Темно-желтый …………..1050-1150 Светло-желтый ………….1150-1250 Светло-белый …………….1250-1350 Мелкие изделия, для того чтоб не пережечь, лучше нагревать на предварительно нагретой металлической подставке (например, штабе). Температура нагревания равно температуре нагревания изделия. Быстрое охлаждение приводит к твердому закалу, вследствие чего могут возникнуть большие внутренние напряжения и даже трещины. Медленное охлаждение может не дать нужного по твердости закала Охлаждающими средами могут быть вода (обычной температуры или нагретая до температуре 50-50 °С), водные растворы, масло и воздух. Кухонная соль, едкий натр или селитра, которые добавляют к охладителям, ускоряют охлаждение. Для уменьшения скорости охлаждения к воде добавляют раствор мыла, масляную эмульсию, жидкое стекло, известковое молоко и т.п.. Чрезмерно быстрое охлаждение водой часто приводит к дефектам изделия (внутренние напряжения, трещины, деформация), а повышение температуры воды уменьшает ее закальные свойства. Поэтому при последовательном закале нескольких деталей, чтобы они имели одинаковую закалку, воду часто заменяют или используют большой сосуд. Равномерно и довольно быстро сталь охлаждается в 8-12 %-ном водном растворе кухонной соли или едкого натра при температуре 20 °С. Некоторые стали для лучшего закала охлаждают в 30 %-ном растворе едкого натра. Как охлаждающую среду можно применять расплавленные соли калиевой или натриевой селитры. Нагревание масла к 60-90 °С не уменьшает скорости охлаждения, т.е. не влияет на его закаливальные свойства. Охлаждающей средой для сталей может быть воздух (для тонких деталей) или воздух под давлением (от вентилятора, компрессора). Некоторые плоские детали (ножи) из нержавеющий стали охлаждают между двумя металлическими штабами. Отпускание — нагревание деталей к определенной температуре, выдерживанию при этой температуре и быстрое охлаждение. Его применяют после охлаждения детали в процессе закаливания, чтобы уменьшить хрупкость и частично твердость. Есть три вида отпускания: низкое, среднее и высокое соответственно в интервале температур до 350 °С, 350—500 и 500—680 °С. Наиболее распространенное низкое отпускание. Нагревание до 170 °С только снимает внутренние напряжения, но не изменяет твердости стали. Температуру нагревания при отпускании определяют специальным термометром, а если его нет, то за цветами побежалости, т.е. цветами окислительной пленки, которая возникает на зачищенной поверхности изделия во время нагревания: Цвет. Температура, °С Светло-соломенный ……..200 Светло-желтый ……………225 Соломенно-желтый ……..240 Коричнево-желтый ………255 Красно-коричневый ……..265 Пурпурно-красный ………275 Фиолетовый ………………..285 Синий …………………………295 Светло-синий ……………..315 Серый (морская вода) ….330 После появления желательного цвета в процессе нагревания, деталь охлаждают. У легированных сталей цвета побежалости появляются при температурах на 12-17 °С ниже от приведенных. Не имея достаточного опыта, нагревать закаленные изделия для отпускания лучше всего на расплавленном свинце, олове, цинка (для пружин) или в расплавленной смеси (поровну) калиевой и натриевой селитры. Это гарантирует быстрое и равномерное нагревания и его постоянную температуру. Можно отпускание соединить с охлаждением. Для этого нагретый рабочий конец инструмента погружают во время закаливания на 20-25 мм в воду и держат, пока металл не потемнеет. Потом инструмент вынимают из воды, быстро очищают от охлажденной части окалину напильником или куском шлифовального круга. Как только появится, нужен цвет побежалости, инструмент погружают в воду сначала наполовину, а потом полностью и держат до охлаждения. 2. Эффект памяти формы Эффект памяти формы – явление возврата к первоначальной форме при нагреве после пластической деформации. Это явление наблюдается у некоторых материалов после предварительной деформации в строго определенном для каждого сплава интервале Одно из базовых восприятий людьми явлений внешнего мира — это стойкость и надёжность металлических изделий и конструкций, стабильно сохраняющих свою функциональную форму продолжительное время, если, конечно, они не подвергаются закритическим воздействиям. Однако существует ряд материалов, металлических сплавов, которые при нагреве после предварительной деформации демонстрируют явление возврата к первоначальной форме. 2.1 Как это работает Чтобы понять эффект памяти формы, достаточно один раз увидеть его проявление. Что происходит? Есть металлическая проволока. Эту проволоку изгибают. Начинаем нагревать проволоку. При нагреве проволока распрямляется, восстанавливая свою исходную форму. Почему так происходит? В исходном состоянии в материале существует определенная структура. На рисунке она обозначена правильными квадратами. При деформации (в данном случае изгибе) внешние слои материала вытягиваются, а внутренние сжимаются (средние остаются без изменения). Эти вытянутые структуры – матерсиситые пластины, что не является необычным для металлических сплавов. Необычным является то, что в материалах с памятью формы мартенсит термоупругий. При нагреве начинает проявляться термоупругость мартенситных пластин, то есть в них возникают внутренние напряжение, которые стремятся вернуть структуру в исходное состояние, то есть сжать вытянутые пластины и растянуть сплюснутые. Поскольку внешние вытянутые пластины сжимаются, а внутренние сплюснутые растягиваются, материал в целом проводит автодеформацию в обратную сторону и восстанавливает свою исходную структуру, а вместе с ней и форму. 2.2 В чем его особенности и где применяется Как я прочитал в интернете у эффекта памяти формы есть своя температура для каждого металла, например: у титана допустимый предел деформации (100-150 °С). Впервые металлы с эффектом памяти формы использовала американская фирма для изготовления втулок для истребителей 50 лет назад. Суть была в том, что деталь с нанесенной резьбой замораживали в криостате до минус 196 градусов Цельсия, развальцовывали выступы и она становилась гладкой внутри. Сейчас в Японии используют сталь с памятью формы при строительстве небоскребов в районах, где часто происходят землетрясения, — рассказывает профессор Юрий Чумляков. — Это большие детали весом в несколько сотен килограмм, которые поглощают колебания здания за счет обратимых мартенситных превращений под нагрузкой. Список использованных источников |