Термическая обработка стали. Реферат 1. Термическая, термохимическая и термомеханическая обработка стали
 Скачать 1 Mb.
|
Диффузионная металлизацияДиффузионная металлизация – процесс диффузионного насыщения поверхности стали разными металлами. Производится с целью упрочнения и придания особых физико-химических свойств поверхностному слою детали. Диффузионная металлизация, в зависимости от насыщающего элемента, может проводиться в диапазоне температур от 1400 до 700 °С. Техническое исполнение этого вида химико-термической обработки может быть выполнено рядом способов, например, погружением обрабатываемой детали в ванну с расплавленным металлом. Такой метод применим в том случае, когда температура плавления насыщающего металла оказывается значительно ниже температуры плавления стали. В случае необходимости насыщения поверхности стальной детали тугоплавкими металлами возможно использование погружения детали в расплавы солей насыщающего металла, насыщения поверхности детали из газовой фазы, состоящей галогенидов диффундирующего металла, метода циркуляционного газового насыщения и т. п. Наибольшее распространение получили методы алитирования, хромирования и силицирования. Алитирование - насыщение поверхности стали алюминием. В результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость (до 850 - 900 ºС), так как в процессе нагрева на поверхности алитированных изделий образуется плотная пленка окиси алюминия Al2O3, предохраняющая металл от окисления. Алитирование проводят в порошкообразных смесях 50% Al или ферроалюминия, 49% Al2O3 и 1% NH4CI или 99% ферроалюминия и 1% NH4CI. Детали, предварительно очищенные от следов окалины и других загрязнений, загружают в контейнеры, нагревают до температур 850 - 1000ºС и выдерживают в течение 3 - 12 часов для получения слоя толщиной от 0,3 до 0,6 мм, а содержание алюминия в нем достигает 40 - 50 %. По окончании выдержки контейнеры с деталями охлаждают вместе с печью или на воздухе. Структура алитированного слоя представляет собой твердый раствор алюминия в α-железе. Твердость алитированного слоя (на поверхности) до 500 HV, износостойкость низкая. Хромирование, или диффузионное насыщение хромом, проводят для повышения твердости, износостойкости, окалиностойкости и коррозионной стойкости среднеуглеродистых сталей. В результате хромирования на поверхности образуется тонкий слой (0,025 - 0,030 мм) карбида хрома и переходный слой с высоким содержанием углерода (0,8 %.). Толщина хромированного слоя 0,1 - 0,3 мм, твердость – 1200 - 1300 HV. Хромирование осуществляется из порошковой смеси, состоящей из феррохрома, оксида алюминия и хлористого алюминия, при температуре 950 - 1100 °С в течение 6 - 12 ч. Силицирование, или диффузионное насыщение кремнием, применяется для стальных и чугунных деталей для повышения коррозионной стойкости в морской воде, в азотной, серной и соляной кислотах, износостойкости и жаростойкости при температурах до 700 - 750 °С. Силицирование проводят в порошковых смесях, содержащих ферросилиций, или в газовых средах при температуре 950 - 1100 °С в течение 2 - 12 ч. Толщина силицированного слоя составляет 0,3 - 1,0 мм, структура поверхностного слоя состоит из твердого раствора кремния в α-железе, за которым располагается перлит (200 - 300 HV). Силицированный слой имеет поры, которые часто пропитывают маслом при 170 - 200 °С для повышения износостойкости деталей. При одинаковых температурных и временных условиях диффузионные слои при металлизации в десятки, а то и в сотни раз более тонкие, чем при цементации. Такая малая скорость диффузии препятствует широкому распространению процессов диффузионного насыщения в промышленности, так как процесс является дорогостоящим, его проводят при высоких температурах (1000-1200 °C) длительное время. Только особые свойства слоя и возможность экономии легирующих элементов при использовании процессов диффузионной металлизации обусловили некоторое их применение в промышленности. Термомеханическая обработка сталиТермомеханическая обработка металлов, совокупность операций деформации, нагрева и охлаждения (в различной последовательности), в результате которой формирование окончательной структуры металла, а следовательно, и его свойств происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распределения несовершенств строения, созданных пластической деформацией. Т. е., особенностью этого способа изменения свойств металлических сплавов является сочетание операций обработки металлов давлением и термической обработки. Возможность применения ТМО определяется тем, что на процессы структурных превращений существ влияние оказывают присутствующие в реальных сплавах несовершенства строения. С др. стороны, в результате некоторых структурных изменений образуются новые несовершенства, а также происходит перераспределение имеющихся несовершенств. Отсюда механизм и кинетика структурных изменений при ТМО зависят от характера и плотности несовершенств строения и, в свою очередь, влияют на их количество и распределение. Высокотемпературная термомеханическая обработка сталиСущность высокотемпературной термомеханической обработки заключается в нагреве стали до температуры однофазного аустенитного состояния (выше  ). При этой температуре, после определенной выдержки, осуществляют деформацию стали, что ведет к наклепу аустенита, затем быстро охлаждают до температур ниже мартенситной точки начала преобразования Мн. Сталь, таким образом, подвергают закалке.Отличие высокотемпературной термомеханической обработки от термической обработки с прокатного нагрева заключается в создании таких условий высокотемпературной пластической деформации и последующей закалки, при которых подавляется развитие рекристаллизационных процессов и создается особое внутреннее строение зерен металла, характеризующееся повышенной плотностью несовершенств и особым их расположением. Горячая пластическая деформация приводит к изменению дефектной структуры аустенита. Факторы влияющие на передвижение напряжений и дефектов аустенита зависят от степени, скорости, температуры и способа деформации, ориентировки и размера зерна, наличия частиц избыточных фаз, химического состава. Сформировавшуюся в результате горячей деформации субструктуру аустенита необходимо сохранить. Это достигается закалкой — ускоренным охлаждением, предотвращающим перлитное и бейнитное превращения. Высокотемпературная деформация аустенита в условиях создания развитого особого строения зерен приводит к измельчению и большей однородности размеров пластин или реек мартенсита. В результате высокотемпературной термомеханической обработки образуется правильное расположение групп кристаллов мартенсита Низкотемпературный отпуск является заключительной операцией ВТМО. Главным следствием отпуска, помимо снятия остаточных напряжений, является два противоположных по влиянию на прочность процесса: разупрочнение вследствие распада мартенсита и упрочнение в результате выделения дисперсных частиц специальных карбидов. В случае оптимального режима ВТМО в сталях повышается ударная вязкость, понижается порог хладноломкости (температура вязко-хрупкого перехода), растет сопротивление усталостному разрушению, понижается чувствительность к концентраторам напряжений, растут пластичность и временное сопротивление разрушению. На рисунке 11 первый график показывает какие процессы происходят со сталью при ВТМО и при каких температурах.  Рисунок 11. Процессы ВТМО и НМТО Низкотемпературная термомеханическая обработка сталиПри НТМО переохлажденный аустенит деформируется в области его повышенной устойчивости, но обязательно ниже температуры начала рекристаллизации и затем превращается в мартенсит. Холодной деформацией нельзя сильно упрочнить сталь с мартенситной структурой, так как мартенсит, содержащий углерод, хрупок и не поддается большим обжатиям. Аустенит же при температурах ниже температуры начала рекристаллизации можно деформировать с большими обжатиями. При такой деформации в аустените сильно возрастает общая плотность напряжений, образуются плотные сплетения дислокаций и ячеистая структура. При мартенситном превращении рядом стоящие атомы в аустените остаются рядом стоящими атомами и в мартенсите. Поэтому дислокации при γ → α-превращении по мартенситному механизму не исчезают, а «передаются» от исходной фазы к новой, т. е. мартенсит наследует строение зерен деформированного аустенита. Очень высокая плотность дислокаций в мартенсите, закрепленных атомами углерода и карбидными выделениями, обусловливает получение рекордных значений прочности после НТМО. Измельченностью кристаллов мартенсита объясняется приемлемый уровень показателей пластичности стали, находящейся в высокопрочном состоянии. НТМО практически применима только к среднеуглеродистым легированным сталям, обладающим значительной устойчивостью переохлажденного аустенита. Прирост прочностных свойств при НТМО зависит от степени и температуры деформации, температуры отпуска, содержания углерода и других факторов. С увеличением степени деформации упрочнение от НТМО непрерывно возрастает. Самое оптимальное содержание углерода 0,4-0,5%. Оптимальные механические свойства после НТМО конструкционных сталей получаются при низкотемпературном отпуске (100 — 1200 °С). С повышением температуры отпуска упрочнение от НТМО постепенно теряется. Список использованных источниковМетодические указания к изучению курса «Материаловедение». Одесса. 2011 год. Овчинников В. В. Металловедение. 2015 год. Остапенко Н. Н., Крапивницкий, Н. Н. Технология металлов. Москва. Высшая школа,1970г. Структурные превращения в сталях при нагреве и охлаждении. [Электронный ресурс] Pereosnastka.ru Адаскин А. М. Материаловедение в машиностроении. [Электронный ресурс] https://studme.org Рыбаков, В. А., Шипицына Е. В. Учебное пособие по курсу «Электротехническое и конструкционное материаловедение». Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2015. Отпуск сталей. [Электронный ресурс] www.heattreatment.ru Отжиг 1 рода – все особенности процесса. [Электронный ресурс] http://tutmet.ru/otzhig-pervogo-roda.html Материаловедение и технология материалов : учебник для бакалавров / Г. П. Фетисов [и др.] ; под ред. Г. П. Фетисова. — 7-е изд., перераб. и доп. — Москва. Издательство Юрайт, 2015. — 767 с.— Серия: Бакалавр. Базовый курс. Райцес В. Б. Термическая обработка: В помощь рабочему -термисту. — Москва.: Машиностроение, 1980. Козлов Ю.С. Материаловедение. Москва. «Высшая школа» 1983 год. Алексеев В. С. Материаловедение: конспект лекций [Электронный ресурс] http://litres.ru Материаловедение. Учебник для вузов. Под ред. Б.Н.Арзамасова. 3-изд., перераб. и дополненное. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. |