Реферат на тему
Технологія термічної обробки сталі
ЗМІСТ
1. Відпал сталі
2. Гартування сталі
3. Відпуск сталі
Використана література
Термічнаобробка підрозділяється на власне термічну і термомеханічну. Власне термічнаобробка — термічна дія на сталь, термомеханічна – поєднання — термічної дії іпластичної деформації.
Власнетермічна обробка залежно від структурного стану, що отримується в результаті їїзастосування, підрозділяється на відпал (першого і другого роду), гарт івідпустку.
1. Відпал сталі
Відпаломназивається процес термічної обробки, що полягає в нагріві стали до визначеноїтемператури, витримці і подальшому, як правило, повільному охолоджуванні (упечі) з метою отримання більш рівноважної структури.
Длявідпалу застосовують печі, а також спеціальні агрегати.
Відпалпершого роду. Це відпал, при якому, як правило не відбувається фазовихперетворень (перекристалізації), а якщо вони мають місце, то не роблять впливуна кінцеві результати. Розрізняють наступні різновиди відпалу першого роду: гомогенізація,рекристалізація і зменшує напругу.
відпалгомогенізації , або гомогенізація, застосовується для вирівнюванняхімічної неоднорідності (за рахунок дифузії) зерен твердого розчину, тобтозменшення мікроліквації у фасонних відливаннях і в злитках головним чином злегованої сталі.
Впроцесі гомогенізації злитки нагрівають до 1100-1200°С, витримують при ційтемпературі 8-15 ч, а потім поволі охолоджують до 200-250 °С. Тривалістьвідпалу 80 — 110 годин.
відпалурекристалізації піддають сталь, деформовану в холодному стані. Наклеп можевиявитися таким великим, що сталь стає мало пластичною і подальша деформаціястає неможливою. Для повернення сталі пластичності і можливості подальшоїдеформації виробу проводять рекристалізаційний відпал.
Принагріві холоднодеформованої сталі до температури 400-450 °С змін в будові сталіне відбувається, механічні властивості змінюються трохи і лише знімаєтьсявелика частина внутрішньої напруги. При подальшому нагріві механічнівластивості сталі різко змінюються: твердість і міцність знижуються, апластичність підвищується.
Цевідбувається в результаті зміни будови сталі. Витягнуті в результаті деформаціїзерна стають рівноосними.
Рекристалізаціяпочинається з появи зародків на межах деформованих зерен. Надалі зародки ростутьза рахунок деформованих зерен, у зв’язку з чим відбувається утворення новихзерен, поки деформованих зерен зовсім не залишиться.
Підтемпературою рекристалізації розуміють температура, при якій в металах підданихдеформації в холодному стані, починається утворення нових зерен .
А.А.Бочвар встановив залежність між температурою рекристалізація температуроюплавлення чистих металів: Т рекр = 0,4 Т пл
де Трекр і Т пл — відповідно температури рекристалізації і плавлення в кельвінах затермодинамічною шкалою.
Температурирекристалізації для деяких металів такі:
Молібден___900 °С Мідь___270 °С
Залізо_____450 °С Свинець__-30°С
У зв’язкуз тим що при температурі рекристалізації процес утворення нових зеренвідбувається дуже повільно, для прискорення процесу холоднодеформовані метали ісплави нагрівають до вищої температури, наприклад вуглецеву сталь до 600 — 700°С, мідь до 500-700 °С. Ці температури і є температурами відпалурекристалізації.
Залежновід ступеня деформації розмір зерна сталі після рекристалізації виходитьрізний. При певному ступені деформації (для сталі 7-15 %) після рекристалізаціївиходять дуже великі зерна. Такий ступінь деформації називається критичнимступенем деформації.
Щобуникнути сильного зростання зерна при рекристалізації деформацію сталізакінчують із ступенем обжимання, більш ніж критичний ступінь деформації, абопроводять відпал з повною фазовою перекристалізацією.
Відпал,що зменшує напругу.відбувається при нагріванні сталі до температури 200-700 °С(частіше до 350-600 °С) і подальше охолоджування з метою зменшення внутрішньоїнапруги після технологічних операцій (литво, зварка, обробка різанням і ін.)
Відпалдругого роду. Це відпал, при якому фазові перетворень (перекристалізація)визначають його цільове призначення. Розрізняють наступні різновиди відпалудругого роду: повний, неповний, ізотермічний, нормалізаційний (нормалізація).
Повномувідпалу піддають доевтектоїдную сталь з метою створення дрібнозернистоїструктури, пониження твердості і підвищення пластичності, зняття внутрішньоїнапруги.
Приповному відпалі доевтектоїдную сталь нагрівають до температури на 20-30 °С вищеза критичну точку Ас3, тобто на 20-30 °С вище за лінію GS діаграми залізо-цементит.
Принагріві до такої температури крупна початкова феритно-перлітна структураперетворюється на дрібну структуру аустеніту.
Приподальшому повільному охолоджуванні (у печі із швидкістю 100-200 ˚С вгодину до 500 °С і далі на повітрі) з дрібнозернистого аустеніту утворюєтьсядрібна феритно-перлітна структура. При повному відпалі відбувається подрібненняферитно-цементитних зерен доевтектоїдной стали.
Заевтектоїднуюсталь повному відпалу з нагрівом вище критичної точки Аст (лінія SE ) непіддають, оскільки при повільному охолоджуванні цементит розташовується увигляді сітки по межах зерен перліту погіршуючи, механічні і інші властивості.
Неповномувідпалу піддають доевтектоїдную і заевтектоїдную сталь з метою перетворенняпластинчастого перліту і сітки цементиту на структуру зернистого перліту.Заевтектоїдная сталь із структурою зернистого перліту володіє кращою оброблюваноюздатністю до різання завдяки нижчій твердості.
стальтермічний відпал гартування відпуск
( Длясталі із зернистим перлітом твердість НВ 160-180, для сталі з пластинчастимперлітом — НВ 180-250.
Дляотримання зернистого перліту заевтектоїдную сталь нагрівають до температуринебагато вище за точку Аст — до 740- 780 °С. При нагріві до такої температуривідбувається перетворення на аустеніт тільки перліту, а цементит залишається іутворюється структура цементит + аустеніт.
Приподальшому повільному охолоджуванні (у печі із швидкістю 20-60 °С у годину до700-650 °С з подальшим охолоджуванням на повітрі) з аустеніту утворюється феритно-цементитна. структура іззернистою формою цементиту — зернистий перліт.
/>
Рис.1. Мікроструктура перліту (Х 1000): а — пластинчастий; б і, в — пластинчастий,такий, що частково перетворився на зернистий; г — зернистий.
У зв’язкуз тим, що при цьому виді відпалу виходить зерниста (сфероїдальна) форма цементиту.
Дляполегшення утворення зернистого перліту нагріваючи ( до 740 — 780 °С) іохолоджування (до 700-650 °С) повторюють кілька разів. Такий відпал називаютьмаятниковим або циклічним. При цьому зерна цементиту, що утворилися, під часпершого охолоджування є додатковими центрами кристалізації при другомуохолоджуванні і т.д.
Доевтектоїдністалі неповному відпалу піддають рідко. Це пояснюється тим, що у зв’язку знеповною перекристалізацією (тільки одного перліту) не відбувається подрібненнявсієї структури (ферит не піддається перекристалізації), і в результатіструктура і властивості сталі виходять гірше, ніж після повного відпалу.
Длядоевтектоїдних сталей неповний відпал застосовують для поліпшення оброблюваноїрізанням завдяки зниженню твердості.
Ізотермічнийвідпал. Характерною особливістю ізотермічного відпалу є утворення феритно-перлітноїструктури з аустеніту при постійній температурі, а не при охолоджуванні, як приповному відпалі.
Томуна відміну від повного відпалу доевтектоїдну сталь, наприклад, нагрівають дотемператури Ас3 + (20-30 °С) і після витримки швидко охолоджують до температуринебагато нижче за критичну точку (до 700-680 °С). При цій температурі стальвитримують протягом часу, необхідного для повного розпаду аустеніту і утворенняферитно-перлітової структури. Потім сталь охолоджують на повітрі.
Ізотермічнийвідпал має переваги в порівнянні з повним відпалом: скорочується час відпалу івиходить одно рідніша структура (але тільки при обробці малих об’ємів металу).
Нормалізаційнийвідпал (нормалізація ) полягає в нагріві до температури вище за точку Ас3 длядоевтектоїдной або точок Аст для заевтектоїдной сталі з подальшимохолоджуванням на повітрі.
Принагріві до температури нормалізації низьковуглецевих сталей відбуваються ті жпроцеси, що і при повному відпалі, тобто подрібнення зерен. Но крім того, внаслідокшвидшого охолоджування і переохолодження, що виходить при цьому, будова перлітувиходить тоншою (дисперсним), а його кількість великим, Механічні властивостіпри цьому виявляються вищими.
Нормалізаціяв порівнянні з повним і неповним відпалом — економічніша операція, оскільки невимагає охолоджування разом з піччю. У зв’язку з вказаними перевагаминормалізація отримала широке застосування замість повного відпалу низьковуглецевихі навіть середньовуглецевих сталей. Нормалізація застосовується також дляусунення цементитної сітки в заевтектоїдних сталях.
Принагріві заевтектоїдной сталі вищими за критичну точку Аст утворюється структурааустеніту. Якщо після такого нагріву при повільному охолоджуванні (при відпалі)цементит виділяється у вигляді сітки, то прискорене охолоджування на повітрі(нормалізація) перешкоджає виділенню цементиту по межах зерен і утворюєтьсядрібна феритно-цементитна суміш.
2.Гартування сталі
Гартування- нагрівання вуглецевих або легованих сталей до певної температури і швидкеохолодження. У результаті цього змінюється кристалічна структура металу — вінстає твердішим і більш антикорозійним. Маловуглецеві сталі з вмістом вуглецю до0,3 % не гартуються.
Залежновід марки сталь нагрівають до певної температури. Так, сталі У7, У7А нагріваютьдо 770 — 790°; У8 – У13А — до 760 — 780; Р9 — Р18К5Ф2 — до 1235 — 1280 °С. Принагріванні вище цієї температури сталь втрачає свої властивості. Це такожстосується відпалювання та відпускання.
Дрібнівироби, щоб не перепалити, краще нагрівати на попередньо нагрітій металевійпідставці (наприклад, штабі). Температура нагрівання її є температуроюнагрівання виробу.
Швидкеохолодження призводить до твердого загартування, внаслідок чого можутьвиникнути великі внутрішні напруження і навіть тріщини. Повільне охолодженняможе не дати потрібного по твердості загартування.
Охолоднимисередовищами можуть бути вода (звичайної температури і нагріта до температури50 — 70 °С), водні розчини, масло і повітря. Кухонна сіль, їдкий натр абоселітра, що добавляють до охолодників, прискорюють охолодження. Для зменшенняшвидкості охолодження до води додають розчин мила, масляну емульсію, рідкескло, вапняне молоко тощо.
Надмірношвидке охолодження водою часто призводить до дефектів (внутрішні напруження,тріщини, згинання), а також різко зменшує гартувальні здатності з підвищеннямїї температури. Тому при послідовному загартуванні кількох деталей, щоб вонимали однаковий гарт, воду часто замінюють або наливають у велику посудину.
Рівномірноі досить швидко сталь охолоджується у водному розчині кухонної солі або їдкогонатру при температурі 20 °С. Деякі сталі для кращого загартування охолоджують у30%-ному розчині їдкого натру.
Якохолодне середовище можна застосовувати розплавлені солі калієвої або натрієвоїселітри.
Нагріваннямасла до 60 — 90 °С не зменшує швидкості охолодження, тобто його гартувальназдатність не зменшується.
Охолоднимсередовищем для сталей може бути повітря (для тонких деталей) або повітря підтиском (від вентилятора, компресора). Деякі плоскі деталі (ножі) з нержавіючоїсталі охолоджують між двома металевими штаба.
3.Відпуск сталі
Відпусксталей – операція термічної обробки, яка полягає в нагріванні загартованихсталей до температур, що не перевищують температури утворення аустеніту (Ас1),витримуванні при цих температурах для перетворення мартенситу гартування урівноважніші структури та наступного охолодження.
Навідміну від продуктів розкладання переохолодженого аустеніту (сорбіт,троостит), які мають пластинчасту форму цементиту, продукти розкладаннямартенситу під час нагрівання (сорбіт відпуску, троостит відпуску) маютьзернисту форму цементиту, тому за інших рівних умов вони характеризуютьсябільшими ударною в’язкістю й тривкістю до втомного руйнування.
Головнимпараметром режиму відпуску, який визначає структуру, а отже, властивості сталій застосування відпуску, є температура. За температурою нагрівання розрізняютьтакі види відпуску:
•низькотемпературний (низький) відпуск, який проводять в інтервалі температур150...250 ºС для отримання структури мартенситу відпуску й частковогоусунення гартувальних внутрішніх напружень. Після низькотемпературного відпускудещо підвищується в’язкість сталі без помітного зменшення твердості (58–63 HRCдля сталей з вмістом Карбону 0,6–1,3 %) і зносотривкості. Застосовується длярізального, вимірювального інструменту, штампів холодного деформування,підшипників кочення, виробів після поверхневого гартування, цементації;
•середньотемпературний (середній) відпуск проводять в інтервалі температур350...450 ºС для усунення гартівних напружень і утворення структури троститувідпуску, яка має високу пружність, витривалість, релаксаційну стійкість і твердістьв межах 40–50 HRC. Його застосовують для ресор, пружин, штампів гарячогодеформування;
•високотемпературний (високий) відпуск проводять в інтервалі температур500...650 ºС для майже повного усунення гартівних внутрішніх напружень таутворення структури сорбіту відпуску, що забезпечує найкраще поєднання високоїударної в’язкості, границі витривалості із задовільною міцністю й твердістю(близько 25 HRC). Гартування з високим відпуском називають поліпшенням(покращанням). Поліпшення застосовують для конструкційних сталей, з якихвиготовляють деталі, котрі працюють в умовах дії значних динамічних і зміннихнавантажень.
Тривалістьвитримування при відпуску залежить насамперед від температури відпуску йгабаритів виробів. Вона збільшується зі збільшенням розмірів виробів тазниженням температури відпуску й змінюється переважно в межах від 1 до 5 годин.
Швидкістьохолодження передусім впливає на внутрішні напруження. Тому в процесі відпускувироби, особливо складної форми, з легованих сталей, переважно охолоджуютьповільно – на повітрі, щоб зменшити внутрішні напруження та уникнути небезпекиїх жолоблення. Проте в окремих випадках деякі вироби необхідно охолоджуватишвидко, як-от:
•пружини, ресори охолоджують у воді, щоб збільшити в поверхневому шарі напруженнястискання, які підвищують границю витривалості, протидіючи утворенню тапоширенню втомних тріщин;
•деталі з легованих сталей, схильних до зворотної відпускної крихкості, під часвисокотемпературного відпуску охолоджують швидко, щоб загальмувати розвитоквідпускної крихкості й уникнути окрихчення.
Використаналітература
1. Материаловедение: Учебник для высших технических учебныхзаведений. Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапое и др.; Под общ. ред. Б.Н.Арзамасова.—2-е изд., испр. и доп.— М.: Машиностроение, 1986.—384 с, ил.
2. Баженов В.К., Милых Т.И. Материаловедение.Учебное пособие — Москва: РГОТУПС, 2003.- 101 с.
3. Портной В.К. Материаловедение. Лабораторный практикум — Москва:МИСиС, 2007.- 45 с.
4. В. Попович, А. Кондир, Е. Плешаков та ін. Технологіяконструкційних матеріалів і матеріалознавство: Практикум: Навч. посібник. —Львів: Світ, 2009. — 552 с.
5. Гірничий енциклопедичний словник: в 3 т. / За ред. В.С.Білецького. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2001—2004