Конспект лекций и ответы на экзаменационные вопросы по предмету Термическая Обработка

Теориятермообработки.

Термообработкойназываетсятепловое воздействиена металл сцелью направленногоизменения егоструктуры исвойств.

Классификациявидов термообработки:

Отжиг.

Отжигомназываюттермообработку,направленнуюна получениев металлахравновеснойструктуры.Любой отжигвключает в себянагрев доопределеннойтемпературы,выдержку приэтой температуреи последующеемедленноеохлаждение.Цель отжига– уменьшитьвнутренниенапряженияв металле, уменьшитьпрочностныесвойства иувеличитьпластичность.Отжиг делятна отжиг 1 родаи 2 рода.

Отжиг1 рода – это такойвид отжига, прикотором непроисходитструктурныхизменений,связанных сфазовымипревращениями.

Отжиг1 рода в своюочередь разделяютна 4 группы:

1. Гомогенизация– отжиг, направленныйна уменьшениехимическойнеоднородностиметаллов,образующейсяв результатерекристаллизации.В отличие отчистых металлов,все сплавыпосле кристаллизациихарактеризуютсянеравновеснойструктурой,т.е. их химическийсостав являетсяпеременнымкак в пределаходного зерна,так и в пределахвсего слитка.

Химическаянеоднородностьобусловленаразличнойтемпературойплавленияисходных компонентов.Чем меньше эторазличие, темболее заметнахимическаянеоднородность,получающаясяв слитке. Избавитсяот нее невозможно,можно толькоуменьшить. Дляэтого применяютвысокотемпературныйотжиг с длительнымивыдержками(от 2 до 48 часов).При высокойтемпературеподвижностьатомов в кристаллическойрешетке высокаяи с течениемвремени за счетпроцессовдиффузии происходитпостепенноевыравниваниехимическогосостава. Однакоусреднениехимическогосостава происходитв пределаходного зерна,т.е. устраняетсяв основномдендритнаяликвация. Чтобыустранитьзональнуюликвацию (химическуюнеоднородностьв пределахчасти слитка),необходимовыдерживатьслитки приданной температурев течение несколькихлет. А это практическиневозможно.

В процессеотжига нагомогенизациюпроисходитпостепенноерастворениенеравновесныхинтерметаллидныхфаз, которыемогут образоватьсяв результатекристаллизациис большой скоростью.При последующеммедленномохлаждениипосле отжигатакие неравновесныефазы большене выделяются.Поэтому послегомогенизацииметалл обладаетповышеннойпластичностьюи легко поддаетсяпластическойдеформации.

2. Рекристаллизационныйотжиг. Холоднаяпластическаядеформациявызывает изменениеструктурыметалла и егосвойств. Сдвиговаядеформациявызывает увеличениеплотностидефектовкристаллическойрешетки, такихкак вакансии,дислокации.Образование ячеистой структурыпроисходитс изменениемформы зерен,они сплющиваются,вытягиваютсяв направленииглавной деформации.Все эти процессыведут к тому,что прочностьметалла постепенноувеличивается,пластичностьпадает, т.е.возникаетнаклеп илинагартовка.Дальнейшаядеформациятакого металланевозможна,т.к. происходитего разрушение.Для снятияэффекта упрочненияприменяютрекристаллизационныйотжиг, т.е. нагревметалла дотемпературвыше началакристаллизации,выдержку споследующиммедленнымохлаждением.Температуранагрева зависитот составасплава. Длячистых металловтемператураначала рекристаллизацииt_p=0,4Тпл,єК, для обычныхсплавов порядка0,6Тпл, для сложныхтермопрочныхсплавов 0,8Тпл.Продолжительностьтакого отжигазависит отразмеров деталии в среднемсоставляетот 0,5 до 2 часов.В процессерекристаллизационногоотжига происходитобразованиезародышей новыхзерен и последующийрост этих зародышей.Постепенностарые деформированныезерна исчезают.Количестводефектов вкристаллическойрешетке уменьшается,наклеп устраняется,и металл возвращаетсяв исходноесостояние.

Степеньдеформацииопределяетразмер зернапосле отжига.Если она близкак критической(_кр=5-15%),то в результатепосле отжигав металле возникаюткрупные зерна,что обычнонежелательно.Поэтому передрекристаллизационнымотжигом деформациюметаллов производятсо степенью30-60%. В результатеполучаетсямелкозернистаяоднофазнаяструктура,обеспечивающаяхорошее сочетаниепрочности ипластичности.Увеличениестепени деформациидо 80-90% вызываетпоявление вметалле текстурыдеформации.После рекристаллизационногоотжига текстурадеформациименяется натекстурурекристаллизации.Как правило,это сопровождаетсярезким направленнымростом зерна.Увеличениеразмеров зерна,т.е. снижениемеханическихсвойств, можетвызвать такжеслишком большаятемператураотжига илибольшая выдержка.Поэтому приназначениирежимов отжиганеобходимоиспользоватьдиаграммурекристаллизации.

Рекристаллизационныйотжиг можетприменятьсякак предварительная,промежуточная,так и как окончательнаятермообработка.Как предварительнаятермообработкаон применяетсяперед холоднойдеформацией,если исходноесостояниеметалла неравновесноеи имеет какую-тостепень упрочнения.Как промежуточнаяоперациярекристаллизационныйотжиг применяетсямежду операциямихолодной деформации,если суммарнаястепень деформациислишком великаи запасовпластичностиметалла нехватает. Какокончательныйвид отжига егоприменяют втом случае,если потребительтребует поставкиполуфабрикатовв максимальнопластичномсостоянии. Внекоторыхслучаях потребителютребуетсяполуфабрикат,сочетающийопределенныйуровень прочностис необходимымзапасом пластичности.В этом случаевместо рекристаллизационногоотжига используютего разновидность– отжиг наполигонизацию.Отжиг на полигонизациюпроводят притемпературе,которая нижетемпературыначала рекристаллизации.Соответственнопри такой температурепроисходитлишь частичноеустранениенаклепа за счетпроцессоввозврата второгорода, т.е. происходитуменьшениеплотностидефектовкристаллическойрешетки, образованиеячеистойдислокационнойструктуры безизменения формызерен. Степеньуменьшениянаклепа зависит,прежде всего,от температуры.Чем ближе температурак порогу рекристаллизации,тем меньшенаклеп, тембольше пластичностьи наоборот.

3. Отжигдля снятиявнутреннихнапряжений.Внутренниенапряженияв металле могутвозникать врезультатеразличных видовобработки. Этомогут бытьтермическиенапряжения,образовавшиесяв результатенеравномерногонагрева, различнойскорости охлажденияотдельныхчастей деталипосле горячейдеформации,литья, сварки,шлифовки ирезания. Могутбыть структурными,т.е. появившиесяв результатеструктурныхпревращений,происходящихвнутри деталив различныхместах с различнойскоростью.Внутренниенапряженияв металле могутдостигатьбольшой величиныи, складываясьс рабочими,т.е. возникающимипри работе,могут неожиданнопревышатьпредел прочностии приводитьк разрушению.Устранениевнутреннихнапряженийпроизводитсяс помощью специальныхвидов отжига.Этот отжигпроводитсяпри температурахниже температурырекристаллизации:t_отж=0,2-0,3Тплє К. Повышеннаятемператураоблегчаетскольжениедислокацийи, под действиемвнутреннихнапряжений,происходитих перераспределение,т.е. из мест сповышеннымуровнем внутреннихнапряженийдислокацииперемещаютсяв области спониженнымуровнем. Происходиткак бы разрядкавнутреннихнапряжений.При нормальнойтемпературеэтот процессбудет длитьсяв течение несколькихлет. Увеличениетемпературырезко увеличиваетскорость разрядки,и продолжительностьтакого отжигасоставляетнесколькочасов.

4. Патентирование.Смотретьтермообработкустали.

Отжигвторого рода– термообработка,направленнаяна получениеравновеснойструктуры вметаллах исплавах, испытывающихфазовые превращения.

Приотжиге второгорода нагреви последующееохлаждениеможет вызватькак частичную,так и полнуюзамену исходнойструктуры.Полная замена()в результатедвойной перекристаллизациипозволяеткардинальноизменить строениесплава, уменьшитьразмер зерна,снять наклеп,устранитьвнутренниенапряжения,т.е. полностьюизменить структуруи свойствадетали. Отжигвторого родаможет бытьполным и неполным.

Полныйотжиг сопровождаетсяполной перекристаллизацией.При неполномотжиге структурныепревращенияпроисходятне полностью,с частичнымсохранениемисходной фазы.Неполный отжигприменяетсяв тех случаях,когда можноизменить строениевторой фазы,исчезающейи вновь появляющейсяпри этом видеотжига.

Закалка– это термообработка,направленнаяна получениев сплаве максимальнонеравновеснойструктуры исоответственноаномальногоуровня свойств.Любая закалкавключает в себянагрев до заданнойтемпературы,выдержку ипоследующеебыстрое резкоеохлаждение.В зависимостиот вида фазовыхпревращений,происходящихв сплаве призакалке, различаютзакалку с полиморфнымпревращениеми закалку безполиморфногопревращения.

Закалкас полиморфнымпревращением.Этот вид закалкиприменяетсядля сплавов,в которых одиниз компонентовимеет полиморфныепревращения.

Призакалке с полиморфнымпревращениемнагрев металлапроизводитсядо температуры,при которойпроисходитсмена типакристаллическойрешетки в основномкомпоненте.Образованиевысокотемпературнойполиморфнойструктурысопровождаетсяувеличениемрастворимостилегирующихэлементов.Последующеерезкое охлаждениеведет к обратномуизменению типакристаллическойрешетки, однакоиз-за быстрогоохлажденияв твердом раствореостается избыточноесодержаниеатомов другихкомпонентов,поэтому послетакого охлажденияобразуетсянеравновеснаяструктура. Вметалле сохраняютсявнутренниенапряжения.Они вызываютрезкое изменениесвойств, увеличиваетсяпрочность,уменьшаетсяпластичность.При быстромохлажденииперестройкакристаллическойрешетки происходитза счет одновременногосмещения целыгрупп атомов.В результатевместо обычныхзерен в металлепоявляетсяигольчатаяструктура,которая называетсямартенситом.Неравновесноесостояниеметалла послетакого типазакалки являетсятермодинамическинеустойчивым.Поэтому, чтобыперевестиметалл в болееустойчивоесостояние,получить необходимыйуровень внутреннихнапряжений,а соответственнои необходимыемеханическиесвойства, применяютдополнительнуютермообработку,которую называютотжиг.

Закалка без полиморфного превращения.

Применяется для сплавов,не испытывающих полиморфных превращений,но имеющих ограниченнуюрастворимостьодного компонентав другом.

Еслисплав, содержащийвторичные фазы,нагреть дотемпературывыше линиисолидус, тоувеличениерастворимостиприведет крастворениювторичных фаз.Если теперьтакой твердыйраствор быстроохладить, товыделениевторичных фазобразоватьсяне успеет, т.к.для этого требуетсявремя на прохождениепроцесса диффузии,образованиедругой кристаллическойрешетки, границраздела междуфазами. В результате,при нормальнойтемпературепересыщенныйметастабильныйтвердый растворсодержит избытоквторого компонента.Такое изменениеструктурыизменяет свойствасплава, прочностьможет, какувеличиться,так и уменьшиться,а пластичность,как правило,увеличивается.Состояниеметалла послетакой закалкиявляетсятермодинамическинеустойчивым.Самопроизвольноили под влияниемпредварительногонагрева метастабильныйтвердый растворначинает распадатьсяс выделениемвторичной фазы,т.е. α_мα+β_ІІ.Этот процессназывается старением.Таким образом,старение – этотермообработка,которая проводитсяпосле закалкибез полиморфногопревращения,направленнаяна получениев сплаве болееравновеснойструктуры изаданногоуровня свойств.

Отпуск.

Отпуск– термообработка,направленнаяна уменьшениевнутреннихнапряженийв сплавах послезакалки с полиморфнымпревращением.Образованиевторичных фазпосле закалкис полиморфнымпревращениемвсегда сопровождаетсярезким увеличениемвнутренних.Соответственномаксимальноувеличиваютсяпрочность итвердость, доминимума падаетпластичность.Чтобы получитьнеобходимоесоотношениепрочности ипластичности,такой сплавпосле закалкиподвергаютдополнительнойтермообработке:отпуску. Нагреввызывает уменьшениеконцентрациилегирующихэлементов втвердом раствореи выделениевторичных фаз.

Послезакалки безполиморфногопревращениясплав имеетструктурупересыщенноготвердого раствора.Такое состояниесплава – нестабильноеи с течениемвремени начинаетменяться.Пересыщенныйтвердый растворраспадаетсяс выделениемиз него мелкихвключенийвторичной фазы.Этот процесспроходит внесколькостадий:

На первойстадии вкристаллическойрешетке твердогораствора появляютсязоны, обогащенныеатомами второгокомпонента.С течениемвремени этизоны увеличиваются.

На второйстадии концентрацияатомов второгокомпонентадостигаетвеличины,соответствующейпо концентрациивыделениявторичной фазы.

Наступаеттретья стадия,т.е. формированиев этих зонахпромежуточнойкристаллическойрешетки, котораяотличаетсято решеткитвердого раствораи от решеткивторичной фазы.

На четвертойстадии увеличениеконцентрациивторого компонентаприводит кобразованиюокончательнойкристаллическойрешетки вторичнойфазы и образованиюграницы разделамежду твердымраствором ивторичнойфазой. Так какпроцесс распадатвердого раствораоснован, преждевсего, на диффузионныхпроцессах, тоон в значительнойстепени завистиот температуры.Чем выше температура,тем быстрееидет процессраспада. Еслитемпературанормальная,то процессраспада называется естественнымстарением,а если температураповышенная,то - искусственнымстарением.В результате,после старенияструктурасплава представляетсобой зернатвердого раствораравновесногохимическогосостава, с равномернораспределеннымпо объему, огромнымколичествоммелких выделенийвторичной фазы.Эти выделения,располагаясьна плоскостяхскольжения,препятствуютперемещениюдислокаций,требуют увеличениескалывающегонапряжения.Соответственно,прочность итвердостьсплава увеличиваются.

Химико-термическаяобработка(ХТО).

Этоодновременноевоздействиена металл химическойсреды, теплас целью направленногоизменениясостава и свойствповерхностидетали. Различныевиды ХТО направленылибо на повышениекоррозионнойстойкости, либопрочности итвердости,износостойких,антифрикционныхсвойств. Изменяясостав химическойсреды, можно в одних и техже деталяхполучать различныесвойства.

Термомеханическаяобработка.

Этосочетаниепластическойдеформации,упрочняющейтермообработки,причем образующийсяв результатедеформациинаклеп сохраняетсяи влияет нафазовые превращения,происходящиепри термообработке.

Такоекомплексноевоздействиена металл позволяетполучить уровеньсвойств в металлеболее высокий,чем можно получитьпосле деформацииили послетермообработкив отдельности.

Термообработкасталей.

Критическиеточки в диаграмме FE-C.

Этотемпературныеточки фазовыхпревращений.Их обычно принятообозначатьбуквами Ас иАr.

Ас –точка соответствуетнагреву, температураувеличивается.

Аr– точка соответствуетохлаждению,температурауменьшается.

1) ТочкаА_С1 – перваякритическаяточка (линияPSK). Температураравновесная,равная 727 С.На этой линииидет реакцияперехода П А.

2) ТочкаА_С2 =768 С.Переход железаиз магнитногов парамагнитноесостояние.

3) ТочкаА_С3 (линия GS), в зависимостиот химическогосостава, температураменяется от911 до 727 С.Превращение:Ф А.

4) ТочкаА_С4 (линия NY),температура1400 С и выше.Превращение:А S–феррит. Вышеэтой точкистараются ненагревать.

5) ТочкаАсm (линияSE) А+Ц_А

Нагреви охлаждение.

Процесстермообработкистали, в любомслучае, включаетв себя нагреви охлаждение,при этом происходят структурныеи фазовыепревращения.Эти превращенияпринято разделятьна четыре основныхвида:

1. П А при повышениитемпературы;

2. А П при уменьшениитемпературы;

3. А М при закалке(температуразначительноуменьшается,быстрое охлаждение);

4. М П при отпуске(температураувеличивается).

По прохожденииэтих процессовпри редкихвариантахтермообработкизависит окончательнаяструктурасталей а, следовательно,свойства деталей.

Первоеосновное превращениев стали:

П А (температураувеличивается)

Первоеосновное превращениепроисходит,практически,при всех видахотжига и закалкив процессенагрева стали.Превращениеперлита в аустенитначинаетсяпри нагревестали вышепервой критическойточки А_С1.При этом зерна (Ф+Ц) в перлитномзерне взаимодействуютмежду собойи образуетсязародыш зернааустенита:Ф+ЦА

Так какповерхностираздела междуферритом ицементитомв зерне перлитаочень много,то в начальныймомент временивозникаетогромное количествозародышейаустенита.Начальное зерноаустенитавсегда оченьмелкое. Увеличениетемпературынагрева вызываетпостепенныйрост зернааустенита. Чемвыше температура,тем крупнеезерно.

Одновременнос ростом зернааустенитапроисходитрастворениекрупных включенийцементита ивыравниваниесодержанияуглерода посечению деталей.

Рост зернааустенита вразличныхсталях идетпо-разному.Если увеличениетемпературывызывает медленныйрост зерна, чембольше температура,тем большезерно, то такуюсталь называютнаследственнокрупнозернистой.Если же увеличениетемпературывызывает ростзерна толькопри нагреведо температуры950-1000 С, тотакую стальназываютнаследственномелкозернистой.

Крупнозернистаясталь – этокипящая, т.е.раскаленнаяMg и C.

В структуреэтой стали нетникаких включений,сдерживающихграницы зерен.Поэтому зернов такой сталиувеличиваетсяпропорциональноросту температуры.

Наследственномелкозернистаясталь – этоспокойнаясталь, она раскаленаAl.

FeO + Al Fe + Al₂O₃

Мелкоевключение окисиAl сдерживаетграницы зеренот перемещенияпри нагреведо температурдо 950 С,но дальнейшийрост температурывызывает резкийрост зерна иего размерможет дажепревыситьразмер зернав крупнозернистойстали. Для тогочтобы определить,к какому типуотноситсяданная сталь,проводят испытанияна стандартнуюпробу, т.е. нагреваютсталь до температуры930 С и держат8 часов. Еслизерно увеличилось,то сталь крупнозернистая,если не увеличилось,то сталь мелкозернистая.

Размерзерна аустенитаявляется оченьважной характеристикой.Чем крупнеезерно аустенита,тем соответственнобудет крупнеезерно перлитаили мартенсита,образующиесяпосле отжигаили закалки.Крупное жезерно всегданежелательно,т.к. снижаетударную вязкостьстали.

Второеосновное превращение:

АП (температурауменьшается)

Этопревращениепроисходитпри медленном охлаждениистали, т.е. впроцессе отжига.Начинаетсяоно образованиемпервых зародышейцементита награнице зернааустенита припонижениитемпературыниже точки А₁.

Если зерноА было крупным,соответственнокрупным будети зерно П.

Если охлаждениеидет медленно,то диффузияуглерода успеваетпройти на большеерасстояние,соответственнообразуетсязерно перлитаи цементитабольшой толщины.

Если охлаждениеидет быстро,то диффузияпройти не успевает,образуются

тонкие пластиныФ и Ц, структураперлита будетмелкодисперсной,от которойзависти твердостьстали. Чем крупнееперлитныепластины, темменьше твердостьи наоборот.Поэтому, примедленномохлаждениитвердость сталивсегда получитсяменьше.

Изотермическаядиаграммараспада.

ЧетвертоепревращениеМ  П.

Структуразакаленнойстали, то естьМ является т/днеустойчивой.Это объясняется,во-первых чрезмернымколичествомс в твердомрастворе. Во-вторых,большим количествомвнутреннихдефектовкристаллическогостроения, в-третьихналичием остаточногоаустенита.Однако, самопроизвольнопри нормальнойтемпературесталь не можетперейти в болееустойчивоесостояние, таккак для перестройкиструктурытребуетсядополнительнаяэнергия. Распаднеустойчивойструктурывозможен лишьпри повышениитемпературы.Такая перестройканачинаетсяначиная с небольшогонагреваниядо 100⁰ и заканчиваетсяпри достижениитемпературойт. А₁ (то есть700⁰). Условнопроцесс перестройкитемпературыможно разбитьна три стадии:

1. Принагреве до200⁰С. В этоминтервалетемпературиз М _{закалки}выделяетсяизбыток углеродав виде мельчайшихвыделенийцементитаFe₃C.В результатвнутреннеенапряжениев мартенсите уменьшается,и такой мартенситназывают мартенситомотпуска. Выделениеиз мартенситацементитасопровождаетсяуменьшениемобъема стали.

2. 200-400⁰С.При этих температурахпродолжаетсяпревращениемартенситазакалки в мартенситотпуска приуменьшенииобъема и одновременнос этим остаточныйаустенит, которыйсохранилсяв закаленнойстали, превращаетсяв мартенситзакалки. Этотпроцесс идетс увеличениемобъема стали.Если остаточногоаустенитамного, то этоувеличениеобъема можнокомпенсировать.Изменение объема связанос переходоммартенситазакалки в мартенситотпуска.

3. 400-600⁰С.При этих температурахмартенситотпуска распадаетсяна смесь ферритаи цементитаМ_отпФ+Ц. Чем вышетемпература,тем большеразмер образовавшихсязерен ферритаи цементита.Кроме того,меняется иформа цементитных включений. Вотличии отпластинчатойформы, котораяобразуетсяпри распадеаустенита вмомент переходаего в перлит,при превращениимартенситав перлит частицыцементитаокруглые, тоесть сферические.В результатетакого измененияструктурыменяется вязкостьстали. Чем мельчечастицы цементитаи чем они болеекруглые, темвыше вязкость.Размер округлыхвключенийцементитазависит толькоот температуры,чем выше температура,тем включенийбольше, ноодновременнос увеличениемразмера включенийуменьшаетсяи твердостьи вязкостьстали.

Практикатермообработкисталей.

Приизготовлениидеталей дляизмененияструктуры исвойств сталиприменяютразличныеоперациитермообработки.К ним относятотжиг, закалкуи отпуск.

Отжигсталей.

Отжиг– это термообработка,направленнаяна уменьшениепрочности итвердости иповышениепластичностистали. Температураотжига определяетсяего назначениеми зависит отсодержанияуглерода.

Длядоэвтектоиднойи заэвтектоиднойсталей применяютразличные видыотжига. Этообъясняетсяразным назначениемсталей.

Отжигдоэвтектоиднойстали.

Длядоэвтектоиднойстали можноприменять какотжиг 1 рода,так и отжиг 2рода. Из отжигов1 рода для сталиприменяют отжигна рекристаллизацию(применяют длямалоуглеродистойстали, то естьсодержаниис менее от 0,25%).Эта стальпредназначенадля холоднойштамповки. Придеформациив ней возникаетупрочнение,то есть наклеп,который снимаетсяотжигом нарекристаллизацию.

1. Рекристаллизационныйотжиг проходитпри температурах680⁰С, время отжига4-12 часов.

2. Отжигна снятие внутреннихнапряжений.Этот вид отжигаприменяетсядля устранениявнутреннихнапряжений,которые возникаютв процессахрезки, сварки,шлифования.Снятие внутреннихнапряженийпроисходитза счет процессоввозврата.Продолжительностьи температуратакого отжигазависит отвида напряжений,от размеровдеталей, химическогосостава стали(до 600⁰С), 2-12 часов.Большинствоконструкционныхдеталей изготавливаетсяиз средне- ивысокоуглеродистыхсталей. Температурарекристаллизационногоотжига такихсталей практическисовпадает стемпературойт. А₁, поэтомув большинствеслучаев дляизмененияструктуры исвойств сталиприменяютотжиг 2 рода.

Для доэвтектоиднойстали в основномприменяютполный отжиг.При таком отжигепроисходитполная сменаструктурыстали, что позволяетустранить вседефекты, вызванныехолодной деформацией,сваркой, резкойи так далее.Отжиг 2 родадля доэвтектоиднойстали приняторазделять на4 вида:

1. полныйотжиг

2. изотермическийотжиг

3. нормализация

4. патентирование

1. Полныйотжиг

Производитсяс нагревомстали до температуры,превышающейточку А₃ споследующиммедленнымохлаждениемвместе с речью.Медленноеохлаждениевызывает полноеравновесноепревращениеАФ + П. Врезультатеполучаетсямаксимальновозможнаяпластичность,минимальнаятвердость ипрочность иполное снятиевнутреннихнапряжений.Если внутренниенаправленияне имеют значениято после охлажденияс печью до 500⁰,дальнейшееохлаждениеможно вестина воздухе.Полный отжигприменяют дляустранениядефектов структуры,вызванныхлитьем, холоднойдеформацией,сваркой.

Основнойнедостатокполного отжига– это его большаяпродолжительность,возможнаянеравномерностьзеренногостроения вцентре и наповерхностикрупногабаритныхизделий, вызваннаянеодинаковойскоростьюохлаждения.

2. Изотермическийотжиг.

Приизотермическомотжиге, заготовки,нагреваютсядо температурывыше т. А₃ быстроохлаждают на100є С ниже точкиА₁, затем помещаютв печь и приэтой температуревыдерживаютдо полногопревращенияАП.

Так какпревращениеАП идетпри постояннойтемпературеи во всем объемедетали одновременно,такой способотжига позволяетполучить равномернуюструктуру повсему объемудетали. Такойвид отжигаприменяетсядля крупногабаритныхдеталей ответственногоназначения.

3. Нормализация.

Нормализациейназывают отжигс охлаждениемдетали на свободномвоздухе.

Условияохлажденияпри нормализациипозволяютполучить болеемелкое зерно,по сравнениюс обычным отжигом.Уменьшениеразмера зернавызывает увеличениепрочности итвердости, принекоторомснижениипластичности.Особенно этозаметно надеталях, содержащих0,3-0,6%С. Прочностьи твердостьтаких сталейпри нормализацииимеет промежуточноезначение междутвердостью,полученнойпосле отжигаи твердостью,полученнойпри закалке,поэтому нормализациятаких сталейявляется основнымвидом термообработки.

Длямалоуглеродистыхсталей свойствапосле отжигаи после нормализациипрактическисовпадают,поэтому длямалоуглеродистыхсталей отжигвсегда заменяютна нормализацию.Нормализациюприменяют икак окончательныйвид термообработкии как промежуточный,например, междуоперациямихолодной деформациидля снятиянаклепа илиперед обработкойрезанием дляуменьшениятвердости.

4. Патентирование.

Этоособый видотжига, которыйприменяетсядля изготовлениявысокопрочнойпроволоки.

Низкаятемпературапревращенияпозволяетполучить равномернуюмелкую структуру.Такая структураназываетсятроостит. Послеотжига стальподвергаютхолодной деформации,волочению. Врезультатемелкой структурыи наклепа позволяютполучить металлпрочностью2000-5000 Мпа.

Отжигзаэвтектоиднойстали.

1. Отжигна сфероинизациюявляется неполным,поэтому принагреве полногорастворенияцементитныхвключений непроисходит. В процессеохлажденияоставшиесявключенийцементита прираспаде аустенита.В результатеформа включенийцементитаменяется. Избывшей пластинчатойона превращаетсяв округлуюсферическую.Поэтому такойотжиг называетсясфероинизирующим.Изменение формывключенийцементитапозволяетповышать вязкостьстали; облегчаетпроцесс обработкирезанием. Такаяструктура сталиявляется идеальнойперед закалкой.Для ускоренияпроцессасфероинизациииногда применяютотжиг с циклированиемтемпературына 20-30є С выше илиниже точки А1.Такой отжигназывают маятниковым.

При нагревестали происходитрастворениекраев цементитныхпластин, приохлажденииже цементитвыделяетсяравномернопо всей поверхности.Поэтому притаком видеотжиге процессесфероинизацииидет быстрее.

2. Нормализация.

Применяетсядля заэвтектоиднойстали с цельюустранениявыделенийцементита пограницам зерен.Сплошная цементитнаясетка крайненежелательна.Она образуетсяпри медленномохлаждениис высоких температур.Нагрев сталейдо температурвыше точки Астприводит крастворениюцементитнойсетки по границамзерен. При ускоренномохлаждениина воздухевторичныйцементит выделяетсяв виде отдельныхвключений, необразуя сплошнойсетки по границамзерен. В результатевязкость сталивосстанавливаются.

Закалкасталей.

Закалкойназываюттермообработку,включающуюв себя нагревсталей до температурвыше критическихи быстрое, резкоеохлаждение,с целью получениявысокой прочностии твердости.Различаютзакалки объемнуюи поверхностную.При объемнойзакалке нагреваюти охлаждаютвесь объемдетали, приповерхностной– только поверхность.

В зависимостиот температурынагрева закалкабывает полнойи неполной. Приполной закалкесталь нагреваютвыше точки А₃.Полная закалкаприменяетсядля доэвтектоиднойстали. В этомслучае принагреве вышеточки А₃ стальимеет полностьюаустенитнуюструктуру ипосле резкогоохлажденияимеет полностьюмартенситнуюструктуру. Принеполной закалкеполного превращенияне будет, иоставшийсяв структуреферрит не дастполучить высокойтвердости ипрочности.Поэтому вдоэвтектоиднойстали неполнуюзакалку неприменяют. Для заэвтектоиднойстали применяюттолько неполнуюзакалку. В этомслучае вторичныйцементит, которыйсохраняетсяв стали, дополнительноповышает твердостьзакаленныхсталей. Еслиже применитьполную закалку,то вторичныйцементит растворяетсяв аустените.Это сопровождаетсярезким увеличениемзерна. Послеохлажденияв такой сталибудет большоеколичествоостаточногоаустенита. Этодополнительноуменьшит твердостьстали, поэтомудля заэвтектоиднойстали полнаязакалка никогдане применяется.Выдержка призакалке сталидолжна бытьтакой, чтобыуспели пройтивсе структурныеи фазовыепревращения.Однако она недолжна бытьчрезмерной,чтобы не вызватьроста аустенитногозерна. Обычноориентировочновыдержку деталипринимают израсчета 1 минутуна 1 миллиметртолщины длянагрева и + 1 минутана 1 миллиметртолщины длявыравниваниятемпературыпо сечению ипрохождениявсех структурахи фазовыхпревращений.Охлаждениепри закалкедолжно бытьрезким, длятого, чтобы недопустить образованияперлита, но вто же время –максимальномедленным,чтобы уменьшитьуровень внутреннихнапряжений,образующихсяв деталях прирезком охлаждении.Внутренниенапряжениядолжны бытьтермическиеи структурные.Термическиевозникают из-занеодинаковойскорости охлажденияповерхностии центров массивныхдеталей, а такжепри неодинаковойскорости охлаждениятонких и толстыхсечений детали.

Структурныенапряжениявозникают из-заобъемногоэффекта (v↑) при переходеА→ М. В зависимостиот содержанияуглерода этотобъемных эффектдостигает 5-6%.Уровень внутреннихнапряженийможет бытьнастольковелик, что врезультатепроисходитискажение формыдетали или еерастрескивание.

Охлаждениепри закалкеможет вестисьв предельныхсредах (вода,масло минеральное,водо-воздушныесмеси). От скоростиохлаждениязависит структура,которая в сталипосле закалки.Если скоростьнедостаточная,то получаетперлитнаяструктура. Ониотличаютсядруг от другаразличнымразмером частицперлита и цементита.Если скоростьохлажденияпри закалкедостаточновелика, длятого, чтобы необразовалсяперлит, но слишкоммала для образованиямартенситав сталях, появитсяпромежуточнаяструктура –бейнит. Внешнеона имеет игольчатуюструктуру какмартенсит, носами иглыпредставляютсобой феррит,внутри котороговыделяетсямельчайшиечастицы цемента.Если скоростьохлаждаетсястали превышаеткритическуюскорость, тообразуетсяв мартенсит,обеспечивающиймаксимальнуютвердость взакаленнойстали. Наиболееэффективноеохлаждениеобеспечиваетвода, но еёнедостаток– слишком быстроеохлаждениев интервалемартенситногопревращения.В результатевозникаютбольшие внутренниенапряжения.Минеральноемасло наоборотдает малуюскорость охлажденияв областимартенситногопревращения,но не достаточнобыструю в областиперлитногопревращения.

Способы закалки.

Длятого, чтобыобеспечитьзакалку сталейна мартенситнеобходимобыстро охлаждатьеё в областиперлитногопревращения.Но если с такойже скоростьюохлаждать еёи дальше в областимартенситногопревращения,то в деталивозникаютрезкие закалочныенапряжения.Поэтому желательнопроводитьохлаждениев областимартенситногопревращенияпо возможностимедленнее, носреды с переменнойскоростьюохлажденияне существуети поэтому дляразных деталейприменяютразличныеспособы охлаждения,чтобы получитьзакаленноесостояние сминимум уровнемвнутреннихнапряжений.

1. Охлаждениев одном охладителе(воде, масле).Недостаток- очень резкиевнутренниенапряжения.Чтобы их уменьшитьприменяютвторой способзакалки.

2. Закалкав двух средах(из воды в масло).По этому способув начале детальохлаждают вводе, до температурыниже перлитногопревращения,а затем перебрасываютдо окончательногоохлажденияв масло. Этотспособ сложени требует высокойквалификациирабочих, откоторых требуетсявыдерживатьдеталь определенноеколичествовремени в воде.Если выдержкабудет мала, топри дальнейшемохлаждениипопадаем вперлитноепревращение,и закалки небудет, а есливыдержка слишкомбольшая, то вдеталях возникаютбольшие внутренниенапряжения.

3. Ступенчатая закалка. Приступенчатойзакалке нагретуюдеталь охлаждаютбыстро до заданнойтемпературев специальногорячей среде,в качествекоторой используютсярасплавы металловили солей. Времявыдержки вгорячей средеопределяютсямаркой сталии может бытьчетко определенопо секундомеру,после этогоидет окончаниеохлаждениев воде или масле.Выдержка вгорячей средепозволяетвыровнятьтемпературупо всему сечениюдеталей, поэтомупри окончательномохлаждениив воде, или маслепревращениеаустенита вмартенсит идетодновременнопо всему объемудетали, чтопозволяет резкоснизить уровеньвнутреннихнапряжений.Такой способзакалки применяютдля крупногабаритныхдеталей сложнойформы, чтобыдо минимумаснизить искажениеформы.

4. Изотермическаязакалка. Этотспособ применяетсядля крупногабаритныхдеталей, которыенельзя охлаждатьочень быстро,из-за опасностиразрушения.При изотермическойзакалке нагретыедетали помещаютв горячую среду,нагретую дозаданной температурой350-400 градусов, вкоторой выдерживаютдо полногопрохождения превращенияаустенита втроостит илибейнит. Послеполного превращениядеталь обычноохлаждаетсяна воздухе.Дополнительногоотпуска послетакой закалкене требуется.Температураокружающейсреды выбираетсятермообработкой,чтобы получитьв детали структуру,обеспечивающуюзаданную твердость.

5. Закалкас обработкойхолодом. Призакалке высокоуглеродистыхсталей, содержащихникель, молибден,вольфрам дажепосле полногоохлаждениядо нормальнойтемпературыпревращениеаустенита вмартенситпроходит неполностью.Остаточныйаустенит имеетневысокуютвердость ипоэтому твердостьдетали послезакалки будетнедостаточной.Для устраненияостаточногоаустенитазакаленныедетали дополнительноохлаждают вобласти отрицательныхтемператур70-80 градусов,парами углекислотыили жидкогоазота. Дополнительноеохлаждениевызывает переходостаточногоаустенита вмартенсит итвердостьзакаленнойстали повышается.

6. Закалкас самоотпуском.Этот способзакалки применятсядля деталей,которые должныиметь различнуютвердость вразличныхместах. Чтобыполучить переменнуютвердость,нагретую детальпомещают вохлажденнуюсреду толькорабочей поверхностью,оставляя хвостовикнад поверхностьюохлаждающейсреды. Послеполного охлажденияповерхностидеталь извлекаютиз охлаждающейсреды и за счеттепла, сохранившегосяв хвостовойчасти, происходитразогрев рабочейповерхностии ее отпуск.Температуруразогреваповерхностиконтролируютпо цветампобежалости.

Поверхностнаязакалка.

Этотспособ применяетсядля изделий,у которых должнабыть поверхностьи вязкая сердцевина(шестерни, валы).При поверхностнойзакалке нагревпроводитсяне всей детали,а только еёповерхности.После нагревасразу проводитсяохлаждение.Поэтому структурныеизмерениязатрагиваюттолько поверхность.В зависимостиот способовнагрева различаютнесколько видовповерхностейзакалки:

1. Закалкапогружением– разогревповерхностиведется за счеткратковременногопогружениядетали в горячуюсреду. Посленагрева деталиохлаждают вводе или масле.Толщина закаленногослоя определяютсявременем выдержкив горячей среде.Недостаток– невозможностьполучениятонкого закаленногослоя.

2. Газопламеннаязакалка. Разогревповерхностидетали проводитсяза счет нагревапламенем газовойгорелки. Достоинствоспособа в егоуниверсальности,недостаток– высокая температурапламени вызываетперегрев поверхностии как следствие- крупное зерно,выгораниеуглерода, легирующихэлементов,резкий температуройградиент, возможноотслаиваниезакаленногослоя.

3. ЗакалкаТВЧ – токамивысокой частоты(индукционная закалка). Разогревдетали производитсяза счет наведенияв ней токоввысокой частоты.Деталь помещаетсявнутрь индуктора,подключенногок истокам токоввысокой частоты.Достоинствоспособа – высокаяпроизводительностьнедостаток– потребностьв сложномоборудовании,для каждойдетали необходимсвой индуктор,наличие вредныхэлектромагнитныхполей.

4. Закалкас нагревомповерхностилазером. Приэтом способезакалки разогревповерхностиосуществляетсяза счет воздействияна неё высокоэнергетическогопучка излучения.Интенсивностьэнергии настольковелика, чтоповерхностьв течении несколькихдолей секундможет бытьнагрета дорасплавления.Охлаждениеповерхностипосле нагревапроисходитза счет теплоотводавглубь детали.Дополнительноеохлаждениеводой не требуется.Перемещая лучлазера по поверхностиможно закаливатькак отдельныеучастки детали,так и всю еёповерхность.Этим способомможно закаливатьвнутренниеповерхностидетали, не закаливаяеё наружнуюповерхность.Глубина закаленногослоя регулируетсявременем, освещаяеё лазером. Притаком способезакалки онаможет менятьсяот несколькихмикрон до десяткови сотен микрон.

Отпуск стали.

Состояниезакаленныхдеталей отличаютсяочень сильнойнеравновесностьюструктуры. Этообусловленоповышеннойконцентрациейуглерода втвердом растворе,высокой плотностьюдефектовкристаллическогостроения, атакже внутренниминапряжениями,строениямии термическими.Из-за этогозакаленнаясталь хотя иобладают высокойпрочностьюи твердостью,одновременнос этим имеетпрактическинулевой запасвязкости. Ударныенагрузки могутвызвать быстроеразрушениедеталей. Крометого, переходнеравновеснойструктурызакаленнойстали в болеестабильнуюможет происходитьс течениемвремени самопроизвольнопод воздействиемокружающейтемпературыили внешнихнагрузок. Этотпереход сопротивляетсяизменениемобъёма и поэтомутакая ситуациянедопустимадля высокоточныхдеталей илидля измерительногоинструмента.Поэтому всегдазакаливаниедетали подвергаетсядополнительнойтермообработке– отпуску.

Различают3 вида отпускапо температуре:низкий, среднийи высокий.

Низкийотпуск 150-220 градусов

Среднийотпуск 350-450 градусов

Высокийотпуск 550-650 градусов

Низкийотпуск применяетсядля деталей,которые должныиметь высокуютвердость ипрочность. Принизком отпускемартенситзакалки превращаетсяв мартенситотпуска. Мартенситотпуска отличаетсяот мартенситазакалки отсутствиемвнутреннихнапряженийза счет выделенияиз него избыткауглеводородав виде мельчайшихкарбидов. Твердостьмартенситаотпуска такаяже или немногобольше, чем умартенситазакалки (58 – 62HRC).

Среднийотпуск проводитсядля деталей,в которых требуетсямаксимальныйпредел упругости.При температурахсреднегоотпуска происходитраспад остаточногоаустенита вмартенсит, изатем переходмартенситав троостит.Троостит представляетсобой игольчатуюструктуруферрита, вдольигл которогорасположенывыделившиесяиз твердого раствора мелкиекарбиды. Такаяструктураобладает малымзапасом вязкости,но зато высокимпределом упругости.Поэтому такойвид отпускаприменяют дляизготовленияупругих деталеймашин. Твердость40 – 45НRС и оченьмаленькаяударная вязкость.

Высокийотпуск применяетсядля деталей,в которых необходимосочетаниевысокой ударнойвязкости идостаточнойпрочности –это деталимашин, работающиес ударными изнакопеременныминагрузками.При этом образуетсясорбит. Сорбитпредставляетсобой зёрнаферрита с огромнымколичествомточечных иокруглых выделенийкарбидов, равномернораспределенныхпо объему стали.Твердость 20–25 НRС.

Сочетаниеполной закалкии высокогоотпуска называетсятермическимулучшениемстали. Такойтермообработкеобычно подвергаютстали содержащие0,3 = 0,6 %С. Поэтомутакие сталичасто называютулучшаемыми.

Выбор того илииного видаотпуска зависитот назначениядетали. Еслидеталь должнаобладать максимальнойтвердостьюи износостойкостью,то соответственнотвердостьповерхностидолжна бытьмаксимальнойи для такойдетали всегдаприменяютзакалку с низкимотпуском. Еслиже на первоеместо по техническимусловиям выходитмаксимальнаявязкость, топрименяютзакалку с высокимотпуском. Среднийотпуск в большинствеслучаев используютпри изготовлениипружины. В некоторыхслучаях прибыстром охлаждениидеталей послегорячей деформации возникаетэффект увеличениятвердости засчет получениянеравновесныхструктур типатроостит илибейнит. Такаясталь с трудомподдаетсяобработкерезанием, поэтомудля снижениятвердости еёподвергаютвысокому отпускупри температуре600-700є Сс медленнымохлаждением.Чаще всего этовысокоуглеродистаясталь или сталь,содержащаялегирующиеэлементы.

Отпускнаяхрупкость.

Отпускнойхрупкостьюназывают уменьшениевязкости сталипосле отпускав определенноминтервалетемператур.Отпускнаяхрупкостьразделяетсяна 2 вида:

1. Наблюдаетсяпосле отпускав температурноминтервале250-350є С – этоотпускнаяхрупкость Iрода или необратимаяхрупкость.

2. Наблюдаетсяв интервалетемператур500-600є С. Это отпускнаяхрупкость IIрода или обратимая.

ХрупкостьIрода характернадля простыхуглеродистыхсталей, содержащихот 0,3-0,6%С. Она проявляетсяпри отпускев температурномдиапазоне250-350є С. Причинаеё появления– выделениекарбидов пограницам зёрен.Это вызываетхрупкостьграниц и соответственнохрупкость всейдетали. Увеличениетемпературыотпуска вызываетраспад мартенситапо всему объемудетали и соответственновыравниваниеструктуры, чтовызывает повышениевязкости. Такимобразом, еслисталь, находящуюсяв состоянииотпускнойхрупкости I рода, нагретьдо более высокойтемпературы,то её вязкостьвосстановитсяи повторныйнагрев послеохлажденияв температурноминтервале250-350є С отпускнойхрупкостибольше не вызовет.Поэтому такаяотпускная хрупкостьназываетсянеобратимой.

ХрупкостьIIрода характернадля среднеуглеродистойстали, содержащейлегирующиеэлементы: Si;Мn;Сr.Причем проявляетсяэта отпускнаяхрупкостьтолько примедленномохлаждениис температуройвысокого отпуска.Если деталиохлаждатьбыстро на воздухеили в воде, тохрупкость IIрода не проявляется.Если стальимеет уже отпускнуюхрупкость IIрода, то для еёустранениянеобходимоснова нагретьдеталь до температурыотпуска и быстроохладить. Вязкостьвосстанавливается,но если снованагреть и медленноохлаждатьхрупкость сновапоявится. Поэтомутакая хрупкостьназываетсяобратимой.

Повышаетсклонностьсталей к отпускнойхрупкости IIрода наличиепримесей, особеннофосфора. Поэтомучтобы сделатьсталь нечувствительнойк отпускнойхрупкости IIрода необходимо,во-первых, снижатьколичествовредных примесей,особенно фосфора,а во-вторых,добавлять всталь молибденили вольфрам.

Отпускнаяхрупкость Iрода частосовпадает потемпературесо среднимотпуском, поэтомупружины и рессорыхарактеризуютсяминимальнымзапасом вязкости.

Прокаливаемостьсталей.

Подпрокаливаемостьюпонимаютспособностьсталей закаливатьсяна максимальнуюглубину.

Дляответственныхдеталей дляобеспечениямаксимальнойнадежноститребуетсямаксимальная,а лучше сквознаяпрокаливаемость.Увеличениепрокаливаемостивозможно разнымиспособами, такповышаетпрокаливаемостьувеличениеразмеров зернааустенита,повышениетемпературынагрева подзакалку, уменьшениесодержаниявредных примесей,повышениехимическойоднородности.Но сильнеевсего увеличиваетпрокаливаемостьвведение всталь легирующихэлементов.Большинствоиз них сдвигают с-образныекривые вправо.Увеличиваяустойчивостьаустенитапротив перлитногораспада, легирующиеэлементы уменьшаюткритическуюскорость охлаждения,приближая еёк скоростиохлаждениясердцевины.Сильнее всехв этом направлениидействует хром,а также Ni,Mo,Mn.В большинствеслучаев припроектированиидетали конструктордолжен знатьвеличину критическогодиаметра дляданной маркистали. Критическийдиаметр– это максимальновозможныйдиаметр дляданной маркистали, закаливающейсяв данном охладителенасквозь. Самыйпростой методопределениякритическогодиаметра –способпробной закалки.Для этого отпрутка отрезаюткусок, нагревают,закаливаюти измеряюттвердость подиаметру. Еслитвердостьменяется мало,то детальпрокаливаетсянасквозь.

Наиболеечасто для определениякритическогодиаметра применяетсяспособторцевой закалки.Для этогоиз исследуемойстали изготовляютцилиндрическийобразец с длинойцилиндра 100 мми диаметром25.

Образецнагреваетсяв печи, а затемохлаждаетсяструей воды,направленнойв торец. Послеполного охлажденияпроизводитсязамер твердости,начиная отторца до техпор, пока твердостьне перестанетизменяться.Границу закаленнойзоны определяютпо величинезакаливаемостистали. Закаливаемость– этоспособностьстали закаливатьсяна максимальнуютвердость.Закаливаемостьзависит преждевсего от содержанияуглерода. Чембольше углерода,тем выше твердость,тем выше закаливаемость.А также от содержаниякарбидообразующихлегирующихэлементов.

Резкоепадение закаливаемостипроисходиттогда, когдав её структурестановитсяменее 50% мартенсита.

Твердостьполумартенситнойзоны зависитот содержанияуглерода.

Такимобразом, знаясодержаниеуглерода вданной стали,по специальномуэкспериментальномупостроенномуграфику определяетсятвердостьполумартенситнойзоны. Послеэтого на экспериментальнополученном графике изменениетвердости отторца получаемвеличину а.После этогопо специальнойномограммеБлантера определяетсякритическийдиаметр дляданной маркистали. Для этоговеличину аоткладываемна верхнеймасштабнойлинейке, и отпускаемлинию вниз допересеченияс линией соответствий индивидуальнойскорости охлаждения.От точки пересеченияоткладываемгоризонтальдо используемойохлаждающейсреды: вода,масло или воздух.Найдя точкупересеченияопускаем внизна шкалу критическихдиаметров.

Химико-термическаяобработка(ХТО).

ХТО– это сочетаниевоздействийна деталь химическойсреды и тепловоговоздействияс целью измененияхимическогосостава и свойствповерхностидетали.

ХТО делитсяна:

1. ХТОс насыщениемне металлами(C, N, Si,B).

2. ХТОс насыщениемметаллами (Cr,Ni, Ti, Zn).

3. МногокомпонентнаяХТО.

Процесснасыщенияповерхностидетали можноусловно разбитьна 3 стадии:

1. Созданиеактивных атомов.

2. Переносактивных атомовк поверхностидетали и взаимодействиеих с поверхностью.

3. Диффузияактивных атомовв глубь металлов.

Всеэти 3 стадиипроцесса идутпоследовательнои поэтому общаяскорость ХТОопределяетсяскоростью однойиз стадий, идущейнаиболее медленно.

Обычно наименьшаяскорость – этоскорость диффузиив металле. Дляускорениядиффузии увеличиваюттемпературу.Чем выше температура,тем быстрееидет диффузия,тем скореепроисходитпроцесс насыщенияповерхностидетали. Технологическийпроцесс насыщенияповерхностидетали можетпроисходитьпо-разному:

1. способнасыщения изпорошковыхзасыпок, т.е.деталь засыпаютпорошками,содержащиминужные элементы.Способ самоуниверсальный, наиболее доступный.Однако производительностьего недостаточнаи потребностьв большом количествепорошка;

2. насыщениеиз газовойфазы. Деталипомещают вспециальные печи с контролируемойгазовой атмосферой.Детали на конвейерепроходят черезпечь и послевыхода сразузакаливаются.Достоинства:высокаяпроизводительность,стабильноекачество.Применяетсяпри массовомизготовлении.

3. Насыщениеиз жидкой среды.При этом способедетали помещаютв расплавысолей, щелочей,металлов, содержащихнужный элемент.

4. Насыщениеиз пасты. Этотспособ применяетсядля местногонасыщениядетали легирующимиэлементами.

5. Насыщениевакуумом. Детальпомещают ввакуумнуюкамеру, нагреваюти конденсируютна нее атомылегирующихэлементов.Применяетсядля специальныхдеталей илидетали, которыене должныокисляться.

Структураповерхностногослоя в деталях,образующихсяпри ХТО, зависитот типа взаимодействиянасыщающегоэлемента сметаллом, которыйявляется основнымкомпонентомв данной детали.

Еслинасыщающийэлемент образуетнеограниченныйтвердый раствор,то при ХТОнаблюдаетсяплавное изменениеконцентрациии структуры.

Еслинам известнанеобходимаятолщина насыщенноголегирующимэлементомповерхностногослоя, то процессыХТО ведут дотех пор покана границеэтого слоя небудет достигнутанеобходимаяконцентрацияэтого элемента.

Глубинанасыщенногослоя определяетсякоэффициентомдиффузии Д, t– время.

Глубинадиффузногослоя в значительнойстепени зависитот коэффициентадиффузии легирующегоэлемента и отвремени насыщения.Коэффициентдиффузии определяетсясамим легирующимэлементом, т.е.его природой.Чем большетемпература,тем большекоэффициентдиффузии, темскорее идетнасыщение.Толщина насыщенногослоя определяется,прежде всего,временем, нодля того, чтобыувеличитьтолщину слояв 2 раза необходимоувеличить времяобработки(насыщения) в4 раза. Есливзаимодействиелегирующегоэлемента сосновным компонентомносит болеесложный характер,то структураслоя будетболее сложнаяи будет соответственноотражать фазовыйсостав, наблюдаетсяна диаграммесостояния,которая образуетсяпри взаимодействииосновногокомпонентас насыщающимэлементом.

Если взаимодействиеобразуетсяв несколькофаз (твердыхрастворов илихимическихсоединений),то все эти фазыбудут образовыватьсяв поверхностномслое в порядкеубыванияконцентраций.Каждый из слоевбудет соответствоватьотдельной фазе

.Причем изменениеконцентрациив этом слоебудет соответствоватьизменениюконцентрациина диаграммесостояния приэтой температуре.Двухфазныеслои могутобразовыватьсяпри ХТО тольков тех случаях,когда во времяохлажденияодна из фаз врезультатекакой-либореакции распадаетсяна смесь несколькихфаз.

Изменениеструктурыповерхностипри ХТО составляетнаправленнуюдиффузию легирующегоэлемента. Вначале на поверхностиобразуетсязародыши новыхфаз, затем онирастут в глубьдетали, создаваяна поверхностихарактернуюстолбчатуюструктуру.

В несколькихслучаях послеХТО проводятдополнительнуюобработку,включая в себязакалку отпускдля того, чтобыполучить необходимуюструктуру наповерхностинужные свойства.

Насыщениеметаллов неметаллами.

Основныевиды ХТО разработаныи применяютсядля стальныхдеталей. Взависимостиот основногонасыщенногокомпонентаэти виды называют:

1. Цементация– насыщениеуглеродом.

2. Азотирование– насыщениеазотом.

3. Сульфатирование– насыщениесерой.

4. Силицирование– насыщениекремнием.

5. Борирование– насыщениебором.

Возможнотакже многокомпонентное насыщение.

НасыщениеС и N– нитроцементация

N-S– сульфоазатирование.

1. Цементациястали

Цементациявызывает процесснасыщенияповерхностейдеталей углеродомс целью повышениятвердости иизносостойкости. Цементациюприменяют длядеталей, в которыхтвердостьповерхностидолжна сочетатьсяс вязкой сердцевиной,хорошо выдерживающейударную нагрузку.Цементацииподвергаютстали, в которыхсодержаниеуглерода непревышает0,1-0,25% С.

Цементациюнасыщением С проводятлибо из твердойсреды, либо вспециальныхгазовых печах,куда вводятсяпредельныеуглеводороды,содержащиебольшое количествоС, твердая средасостоит из угляС = 80%, углекислойсоли CaCo_3.Для активногопрохождениянасыщенностиуглеродомнеобходимообеспечитьперенос С оттвердого карбюраторана поверхностьдетали. Этотперенос осуществляетсяза счет существованиягазовой фазы,содержащейокись углеродаСО. В печахзацементацияпроисходитза счет насыщениябезгазовойфазы, доставкаС на поверхностидетали осуществляетсяпри распаде предельных углеводородов.Процесс цементацииведется привысоких температурах порядка 900 – 950⁰С.Такая температуранеобходимадля переходаструктуры ваустенитноесостояние.

Температурацементациидолжна бытьдостаточновысокой, чтобыобеспечитьаустенитнуюструктуру ичтобы не вызватьрост зерна.Продолжительностьпроцесса цементацииопределяетсянеобходимойглубиной насыщаемогослоя и определяетсяисходя из скоростинасыщения 0,1мм/час. Общаяпродолжительность8-10 часов. Послеокончанияпроцесса цементациидеталь охлаждается,при этом происходитизменение еёструктуры.

Еслидеталь содержит0,1-0,25 % С, то исходящаяструктура былаФ+П.

Послецементацииструктураповерхностногослоя соответствуетизменениемструктуры надиаграмме Fe-C.При этом наповерхностидетали возникаетнеблагоприятнаяструктура, ввиде сплошнойсетки вторичногоцементита погранице зерен.

Несмотряна самую высокуютвердостьцементитнаясетка сильноохрупчиваетметалл и можетвызвать выкрашиваниеповерхности.

Дляисправленияструктуры иполучения нужных свойствдетали послецементациив обязательномпорядке подвергаютдополнительнойтермообработке.Она включаетв себя одинарнуюили двойнуюзакалку и последующий низкий отпуск.Если детальне имеет ответственногоназначения,то после цементацииприменяют однузакалку. Нагреваютдо 880-900⁰С и охлаждаютв масле. Закалкас такой температуройвызывает частичноерастворениецементитнойсетки. В результатевместо сплошныхвыделенийвторичногоцементита пограницам образуютсяотдельныемелкие включенияпо всему объемуметалла. Нозакалка с такойтемпературойсохраняеткрупнозернистоестроение стали.Поэтому вязкостьбудет пониженная.Отпуск притемпературе 160-180є С позволяетуменьшитьзакалочныенапряжениябез уменьшениятвердости.

Для ответственныхдеталей, подвергающихсяударным нагрузкамприменяютсложную ТО,которая состоитиз трех операций.

1. Высокотемпературнаязакалка

860-880є С, которая длякрупногабаритныхдеталей можетбыть замененана нормализацию.Эта операциятермообработкинаправленана устранениецементитнойсетки.

2. Закалка760-780є С (обязательная).Повторнаязакалка позволяетизмельчитьзерно в сталии соответственноповысить еёвязкость.

3. Низкийотпуск (1-2 часа).Цель – снятиезакалочныхнапряжений.Дополнительнаяобработка послецементациипозволяетперевестиперлитнуюструктуру вмартенситную. Это обеспечиваетувеличениепрочности итвердостиповерхности.

Окончательныесвойства деталиполучаютсяпосле цементациипри термообработке,поверхностьбудет иметь700-750 НВ (кг/мм²),(58-62 НRО), серединасвои свойстване изменяет:180-200 НВ, (120-140 НRв).

Азотирование.

Этонасыщениеповерхностидетали азотом.

Азотированиепроводят вспециальныхгазовых печах,куда помещаютдетали, а затемподаетсядиссоциированныйаммиак, т.е. проходитраспад аммиака.Диссоциацияаммиака проходитв специальныхавтоклапанахв присутствиикатализатора.Это нужно длятого, чтобы впечь поступалиатомы азота.

Температураазотирование520-550є С, т.е. она невысокая, таккак растворимостьазота в ферритевполне достаточная.Поэтому азотированиеможно проводитьпосле окончанийтермообработки,например, послезакалки и высокогоотпуска. Этопозволяетподвергатьазотированиюуже готовыедетали, прошедшиеобработкурезанием,шлифованием,т.е. не требуетсяоставлятьприпуски наокончательнуюобработку какпри цементации.

Низкаятемператураазотированияне позволяетполучить глубокогонасыщенияповерхностей.Поэтому обычнаятолщина азотированногослоя 0,3 – 0,5 мм, апродолжительностьпроцесса в 2-3раза превышаетпродолжительностьцементации.

Дляповышенияэффекта износостойкостистали подвергаемыеазотированию обычно содержатCr,Al,Mo.Эти элементы,взаимодействуяс азотом, образуютсобственныеингредиенты,которые дополнительноповышают твердостьи износостойкостьповерхности.

38Х2МЮА– нитролоид.

По сравнениюс цементациейазотированиеимеет преимуществои недостатки.

Преимущества:

1. Проводитсяпосле окончательнойтермообработки,поэтому нетребует дополнительныхприпусков.

2. Болеевысокая твердостьи износостойкость.

3. Болеевысокая устойчиваяпрочностьдеталей.

4. Болеевысокая коррозионнаястойкость.

5. Болеевысокая рабочаятемпература400-450є С.

Недостатки:

1. Болеетонкий слой.

2. Болеедлительныйпроцесс, требующийсложногооборудования,производительностьменьше.

Нитроцементация.

ЭтоХТО, при которойдеталь насыщаетсяодновременноуглеродом иазотом. Онанаправленана получениесвойств, включающихдостоинстваи цементациии азотированияодновременно.Если насыщениеС и Nпроисходитиз газовойфазы, то этотпроцесс называется нитроцементацией,если процессидет из жидкойсреды (расплавленныхцианистыхсолей), то этотпроцесс называютцианированием.

Процесснитроцементациипроходит потемпературе,лежащей нижетемпературыцементации,но выше температурыазотирования(830-880є С). Чем вышетемпература,тем энергичнееидет процесснасыщенияуглеродом и,соответственно,результатыполучаютсяближе к цементации.Чем ниже температура,тем большенасыщение Nи свойствадетали ближе к азотированию.

Совместноенасыщение Nи С позволяетсократитьпродолжительностьпроцесса, аболее низкиетемпературыне позволяютусваиватьсязерну, поэтомусталь сохраняетсвоё вязкоесостояние.Применениенитроцементацииболее прогрессивно,чем чистаяцементация.После нитроцементациидеталь подвергаютзакалке и низкомуотпуску, причёмзакалка обычнопроводитсясразу послеокончания ХТОбез дополнительногонагрева.

Сульфатирование

Послесульфоазотированиядетали легчеприрабатываютсядруг к другу,снижаютсяпотери энергии,затрачиваемойна вращениедетали.

Сульфаазотированиечаще проводятиз газовойфазы, реже изпорошковойзасыпки. Глубинанасыщенногослоя 0,1-0,2 мм.

Силицирование.

Применяютдля деталей,работающихпри повышенныхтемпературах.Внедрение Siв поверхностьпозволяетповыситьжаростойкость,т.е. сопротивлениеповерхностиокислению привысоких температурах.После силицированияповерхностиобразуетсяокислы кремния,либо двойныеокислы FeSi₂O₄ - шпилеты.

Температурапроцесса 1100-1200єС. Глубина слоядостигает 0,8мм, но продолжительностьоколо суток.Если испытатьгазовую фазу,то в качествегазовой фазыиспользуютSiH₄– моносилан.

Силицированиечаще проводятодновременнос насыщениемдетали Al, этот процессназываюталюмосилицированием.В результатена поверхностиобразуетсяFeAlинтерметаллиднаяфаза и Al₂O₃.

FeAl₂O₄. Это позволяетдополнительноповыситьжаростойкостьдетали.

Борирование.

Применяютдля инструментагорячегодеформированногометалла. Принасыщениестальных деталейбором на поверхностиобразуютсябориды: FeB,Ke₂B,Fe₄B, которые увеличиваюттвердость ижаростойкостьпри температуре800-1000є С, твердостьдо 700є С не изменяетсясовсем. Борированиепроводитсяиз порошковыхзасыпок притемпературах1000-1100є С. Глубинаслоя послеборированиядо 80-200 мкм, но стойкостьвысокая.

Недостаток– хрупкостьповерхности.При ударномвоздействиивозможно образованиемикротрещини скалываниеповторногослоя.

Насыщениеметаллов металлами(диффузионнаяметаллизация).

Принасыщенииповерхностидетали металламипроисходитобразованиетвердых ресурсовпо типу замещения,т.е. атомы основногокомпонентазамещаютсяв кристаллическойрешетке атомамилегирующегоэлемента. Процессдиффузии потипу замещенияидет гораздомедленнее, чемпо механизмувнедрения.Поэтому процессдиффузионнойметаллизациитребует болеевысоких температури длительныхвыдержек. Наиболеечасто применяютнасыщение поверхностиAl,Cr,Ti,Zn.

Аллитирование.

Применяютдля стальныхи никелевыхдеталей с цельюповышенияжаростойкостиповерхности,образуются Al₂O₃.Аллитированиеможно проводитьдвумя способами:

1. Аллитированиеиз порошковойсмеси

Вэтом случаеберут порошокFeAl. Нагревают до температуры1050-1150є С и выдерживаютот двух до двадцатичасов. Хлорвзаимодействуетс Al(ALCL₃)и за счет образованияэтого хлористогоAlпроисходитперенос Аlна поверхностьиз порошка.

2. Погружениедетали в расплавАl,выдержка вванне и затемнагрев до рабочейтемпературыаллитирования.

Хлорирование.

Хлорированиеприменяют сразными целями:

1. Длямалоуглеродистыхсталей с содержаниемС

Глубинанасыщения Сrзависит отэксплуатационныххарактеристикдеталей.

2. %С> 0,41% - средне иливысоко углеродная сталь. В этомслучае хромированиеприменяют дляповышениятвердости иизносостойкостиповерхности.

Увеличениетвердостипроисходитза счет образованияв сталях карбидовхрома, которыеи повышаютслужебныесвойства деталей:Сч₂₃С_6.

Вотличие отгальваники,ХТО называюттвердымхромированием.

Берутпорошок FeСr,добавляют Al₂O₃и NH₄Cl.При хромированииможно получитьтолщину до 0,2мм. Мягкоехромированиеиспользуетсядля повышениякоррозионнойстойкости труб,фланцев.

Титанирование.

НасыщениеTiповышает коррозионнуюстойкость иповышаеткавитационнуюстойкость.

НасыщениеTiпроводят изпорошковыхсмесей FeTi.

Цинкование.

Защищаетот коррозии.Насыщение Znпроводят погружениемдетали в расплав.Температурарасплавленногоцинка в ванной350-550є С. Время пребыванияв расплавленнойванне 1-10 минут.Толщина цинковогопокрытия 10-30микрон.

Термомеханическаяобработка

(ТМО).

Этосочетаниепластическойдеформациии термообработки,при чем наклеп,возникший придеформациивлияет на фазовыепревращенияпри термообработке.Различают ТМОстали и стареющихсплавов.

ТМОСталей.

Применяют2 вида ТМО: ВТМОи НТМО.

ПриВТМОсталь нагреваютдо аустенитногосостояния,затем охлаждаютв областьвысокотемпературнойустойчивостиаустенита,проводят горячуюдиффузию, затемсразу делаютзакалку и посленеё низкийотпуск. Во времягорячей деформацииаустенитаобразующийсянаклеп частичноснимается засчет процессовдинамическойполигонизации.

Степеньдиффузии выбираетсятакой, чтобыне допуститьполного снятиянаклепа за счетдинамическойрекристаллизации,т. е. после горячейдеформацииобразуетсяполигонизованнаяструктурааустенита сбольшим количествоммалоугловыхграниц.

Призакалке образуетсямелкоигольчатаяструктурамартенсита,которая сохраняетповышеннуюплотностьдефектовкристаллическогостроения аустенита.В результатепосле ВТМОудается повыситьпрочность сталина 20- 30 % с сохранениемвязкости посравнению собычной закалкой.

ПриНТМОгорячая деформацияпроводитсяв областинизкотемпературнойустойчивостиаустенита, т.к. температурадиффузии невысокая,то практическивесь наклепсохраняетсяи наследуетсяв сталях послезакалки. НТМОпозволяет резкоувеличитьдефективностькристаллическойрешетки и засчет этогоповысить прочностьпочти в 2 раза.Однако при этомснижаетсяпластичностьи вязкостьприблизительнона 15- 20 %. Проведениегорячей деформациипри низкойтемпературе,требует оченьмощного оборудования.Поэтому НТМОчаще применяютпри прокаткелистов, профилейили труб.

Длятого, чтобыпроводить ТМОнеобходимоиметь достаточныйинтервал устойчивостиаустенита.Поэтому ТМОпроводят, какправило, длялегированныхсталей. Легированныеэлементы смещаютвправо с-образныекривые, увеличиваятем самым областьустойчивостиаустенита.

ТМОстареющихсплавов.

Длястареющихсплавов можноприменить НТМО,ВТМО, ВНТМО иПТМО.

1.НТМО- низкотемпературнаятермообработкаприменяетсячаще всего(80%).При НТМО вначалепроводитсязакалка, затемхолодная пластическаядеформацияи последующиестарение. Прихолодной деформациизакаленногосплава возникаетнаклеп, т.е.повышаетсяплотностьдефектовкристаллическогостроения. Припоследующемстарения распад пересыщенноготвердого раствораначинаетсязарождениеми появлениемупрочняющихфаз на дефектахкристаллическогостроения, т.е. происходитблокированиедислокацийинтерметаллиднымифазами и дляих смещениятребуетсядополнительноеусилие. Следовательно,прочностьсплава увеличивается.

2.ВТМО– при ВТМО горячаядеформациясовмещаетсяс нагревом подзакалку, однакостепень диффузиидолжна бытьтакой, чтобыне вызватьснятия наклепа,за счет прохождениядинамичнойрекристаллизации.

Последиффузии всплаве образуетсяполигонизованнаяструктура,которая сохраняетсяи после диффузиии после последующегостарения. ПриВТМО эффектувеличенияпрочностидостигает 10-15 % при сохранениивязкости. ВТМОвозможна тольков тех случаях,когда температуранагрева подгорячую деформациюи под закалкусовпадают.

3. ВНТМО:сочетание ВТМОи НТМО.

4.ПТМО -предварительнаяТМО. При ПТМОдеформация(горячая илихолодная) проводятсядо закалки,поэтому основнаязадача закалки– это провидениенагрева и охлаждениятак быстро,чтобы, не допуститьснятия наклепа,т. к. сделатьэто очень трудно,то ПТМО применяетсяочень редко.

Легированныеи специальныестали.

Легированнымиили специальныминазывают такиестали, которыев своем составекроме углеродасодержат ещедополнительныедобавки, введенныев состав с цельюнаправленногоизменения еесвойств. Такиедобавки называютсялегирующимиэлементами(добавками).Основное отличиелегирующихэлементов отпримесей заключаетсяв том, что ихколичествоопределяетсянеобходимоймерой изменениясвойств стали,в то время какдля примесейколичествоопределяетдопустимуюмеру ухудшениясвойств. Однии те же элементымогут игратьроль примесейили роль легирующихэлементов, нопримеси попадаютв сталь случайноили с шихтой,в то время каклегирующиеэлементы вводятсяспециально.К основнымлегирующимэлементамотносят: Cr,Ni, Mo, V,Mn, Si, Al.Количествовводимых легирующихэлементов можетизменятьсяот долей процентадо десятковпроцентов.Влияние легирующихэлементовпроявляетсяв измененииструктуры и,соответственно,свойств стали.

Влияниелегирующихэлементов наполиморфноепревращениев сталях.

Большинстволегирующихэлементов, привведении ихв сталь, изменяюттемпературуначала и концаполиморфныхпревращений.

1. Перваягруппа легирующихэлементовотличаетсятем, что понижаетточку А₃ иповышает точкуА₄. В группувходят Ni,Mn, Pt. Введениелегирующихэлементов,которые понижаетточку А₃ иодновременноповышает точкуА₄, расширяяобласть существованияаустенита,называютаустенизаторами.При содержаниилегирующихэлементовбольше Скр,структура будетаустенитная,без полиморфныхпревращений.

2. Втораягруппа легирующихэлементовотличаетсятем, что повышаетточку А₃ ипонижает точкуА₄. В группувходят Si,Ti, V, Mo.Введение легирующихэлементовповышает точкуА₃ и одновременнопонижает точкуА₄. В этом случаепроисходитзамыканиеобласти существованияаустенита и,при содержаниилегирующихэлементовбольше С_КР,полиморфныхпревращенийв стали не будет.Такие легирующиеэлементы, которыестабилизируютФеррит, называютсяферритизаторами.

Еслив сталь вводят легирующиеэлементы сразличнымвлиянием наполиморфныепревращения,то окончательнаяструктура сталиможет бытьразличной, взависимостиот соотношениялегирующихэлементов итемпературноговоздействия,т.е. сталь можетбыть с ферритной,феррит + аустенит,аустенитнойструктурой.

Взаимодействиелегирующихэлементов сжелезом и углеродом.

Повзаимодействиюс железом, легирующиеэлементы делятсяна три группы:

1. Легирующиеэлементы,отличающиесяслабым взаимодействиемс железом. Такиелегирующиеэлементы либовообще невзаимодействуютс железом, либообразуют твердыерастворы оченьмалых концентраций.Например, Pb,K, S. Такиелегирующиеэлементырасполагаются,как правило,по границамзерен, ухудшаятем самым связьмежду ними. Врезультатепрочностныесвойства падают,но улучшаетсяобрабатываемостьрезанием (автоматнаясталь).

2. Легирующиеэлементы,отличающиесяобразованиемс железом твердыхрастворов. Какправило, увеличиваетсяпрочность итвердость, новместе с этимодновременнопонижаетсяпластичностьи вязкость.Образованиетвердых растворовможет идти потипу замещенияили внедрения.Растворы замещенияобразуют легирующиеэлементы –металлы, а твердыерастворы внедренияобразуют легирующиеэлементы –неметаллы (B,N). Образованиетвердых раствороввнедренияособенно сильноувеличиваеттвердость ипонижаетпластичность.Лишь один легирующийэлемент увеличиваетпрочность,пластичность,вязкость иодновременноснижает порогхладноломкости– это Ni.

3. Образованиеинтерметаллидов.При образованиилегирующимиэлементами химическихсоединенийс железом, образуютсяинтерметаллидныефазы: FeCr, FeAl.Это приводитк резкому увеличениюпрочности итвердости, ноодновременноснижает вязкостьи пластичность.

Повзаимодействиюс углеродом,легирующиеэлементы делятсяна две группы:

Карбидообразующие.К ним относятCr, W, Ti,Mo. К некарбидообразующимотносят Ni,Al, Cu, Si,Mn. Карбидыотносятся кфазам внедрения,поэтому ихпоявление всталях вызываетрезкое увеличениепрочности итвердости, содновременнымснижениемвязкости ипластичности.Легирующиеэлементы влияютна положениекритическихточек в сталяхи основныхлиний на диаграммеFe-C. Введениекарбидообразующихэлементовповышает точкиА₁ и А₃, т.к.карбиды легирующихэлементов болееустойчивы ирастворяютсяв железе приболее высокихтемпературах,чем обычныйцементит. Поэтомувведение легирующихэлементов,образующихкарбиды, вызываетнеобходимостьповышениятемпературотжига и закалки.Введениекарбидообразующихэлементовсмещает влевоточки S иE на диаграммеFe-C, поэтому,чем большелегирующихэлементов, темменьше содержаниеуглерода вперлите. Смещениеточки Е влевоможет приводитьк тому, что присодержанииуглерода 1,3-1,5% вструктуре могутнаблюдатьсявыделенияэвтектики –ледебурита.В обычныхуглеродистыхсплавах ледебуритприсутствуеттолько в чугуне.

Влияниелегирующихэлементов нафазовые превращенияпри термообработке.

Введениелегирующихэлементовизменяет положениеС – образныхкривых на диаграммеизотермическогопревращенияаустенита.

Практическивсе легирующиеэлементы смещаютС – образныекривые вправо,а точки Mnи Mk вниз. Итолько одинэлемент являетсяисключением,действуетнаоборот – этоCo. Из-за смещенияС – образныхкривых вправо,изменяетсякритическаяскорость охлажденияпри закалке.

Присодержаниилегирующихэлементов более15-20%, интервалперлитногопревращениясмещаетсявправо настолько,что при охлаждениина воздухепревращениене наступаетвовсе. Началои конец мартенситногопревращениясмещается вобласть отрицательныхтемператур.В результатеАустенитнаяструктура сталисохраняетсяпри любыхтемпературах.Такую стальназывают стальюАустенитногокласса.

Наличиелегирующихэлементов встали делаетболее устойчивымзакаленноесостояние, т.е.мартенситсохраняетсяпри нагреваниив процессеотпуска доболее высокихтемператур.Так, если в обычнойуглеродистойстали мартенситпревращаетсяв троостит ужепри нагреваниидо 250є С, то в легированныхсталях мартенситможет сохранятьсядо температур450-550є С. Это позволяетиспользоватьтакую стальпри работе,например, сболее высокимискоростямирезания, илив качествеинструментадля горячейштамповки.

Изменениетвердостилегированнойстали при отпуске.

Сохранениетвердостилегированнойстали до болеевысокой температурыотпуска объясняетсяповышеннойустойчивостьюмартенсита,а также выделениемиз него приотпуске огромногоколичествамельчайшихкарбидов легирующихэлементов:Cr, W, Ti.Этот эффектназываетсядисперсионнымили вторичнымтвердением.

Маркировкалегированнойстали.

Длямаркировкилегированнойстали принятабуквенно-цифроваяформа, в которойкаждому легирующемуэлементу присвоенасвоя буква, ацифра, котораяследует за этойбуквой показываетсреднее содержаниеэтого элементав процентах.Если содержаниеэлемента близкок единице, тоникакой цифрыне ставится.

Условнолюбую маркумодно представитькак четыреотдельныечасти.

1. Онаможет быть илине быть, обычноэто буквы. Перваячасть показываетна назначениестали: А – автоматная,Ш – шарикоподшипниковая,Р – режущая(быстрорежущая).

2. Здесьвсегда находятсяцифры, показывающиесодержаниев стали углерода.

10, 20, 40 – в сотыхдолях процента(любая сталь,кроме инструментальной).Если стоит однацифра 2-9, то этосодержаниеуглерода вдесятых доляхпроцента. Еслинет цифры, тосодержаниепримерно 1%.

3. Обозначениелегирующихэлементов иих количество.

А – азот(N), Б – ниобий(Nb), В – вольфрам(W), Г – марганец(Mn), Д – медь(Cu),

Е – селенSe), К – кобальт(Co), М – молибден(Mo), Н – никель(Ni), П – фосфор ( P), Р – бор(B), С – кремний(Si), Т – титан(Ti), Х – хром(Cr), Ф – ванадий (V).

Еслицифры нет, тосодержаниелегирующихэлементов 1%.Любая цифраравна числупроцентов.ИсключенияВ – 0,003%, N –0,02-0,05%, Se – 0,3%. Иногдав маркировкепоявляетсяцифра 1: 15Х1МФ –содержаниеCr больше1%, но меньше 2%.

4. Буквеннаячасть. Буквыв конце маркипоказываюткачество сталиили метод ееочистки:

А – болеевысокое качество,т.е. пониженноесодержаниевредных примесей(30ХГСА)

Ш – шлаковыйпереплав, т.е.дополнительнаяочистка продувкойшлаком.

СШ –синтетическимшлаком.

ВД –вакуумно-дуговойпереплав.

Исключения(маркировкадля служебногопользования).

1. Шарикоподшипниковыестали: ШХ6, ШХ9,ШХ15. Цифра показываетсодержаниехрома не в целых,а в десятыхдолях процента.

2. Режущиестали: Р9, Р18, Р6М5.Цифра послебуквы Р показываетсодержаниене углерода,а вольфрамав целых процентах.Углерода втаких сталяходинаковоеколичество– 1,2%.

3. Маркидля служебногопользования.Эти марки нерасшифровываютхимическийсостав, а показываютна завод-изготовитель(Э – электросталь,Д – днепроспецсталь).Вторая букваможет быть илине быть: И –исследовательская,П – пробная.

Классификациялегированнойстали.

Однойобщепринятойклассификациилегированнойстали, в настоящиймомент, несуществует,и поэтому приняторазделятьлегированныестали по несколькимпризнакам:

1. Классификацияпо структурев равновесномсостоянии(после медленного охлаждения).Разделяют на4 группы:

1). Равновесноесостояние

Доэвтектоидная

Эвтектоидная

Заэвтектоидная

Ледебуритная(карбидная)

2). По структурев нормализованномсостоянии(после охлажденияна воздухе).

2. Классификацияпо качеству(по содержаниювредных примесей)

1. Обыкновенногокачества (S– 0,03%, Р – 0,04%)

2. Качественнаясталь (S –0,025%)

3. Высококачественнаясталь (S –0,015%)

4. Особовысококачественнаясталь

Качествовлияет на прочность,стойкостьпротив разрушения.

3. Классификацияпо содержаниюлегирующихэлементов.

Малолегированнаясталь – до 2,5%легирующихэлементов.

Среднелегированнаясталь – 2,5-10% легирующихэлементов.

Высоколегированнаясталь – более10% легирующихэлементов.

Если содержаниежелеза не менее45%, то – это сталь.Если меньше,то –сплав.

4. Классификацияпо назначению

Конструкционныестали: деталимашин, конструкции,узлы, механизмы.

Инструментальныестали

Сталии сплавы соспециальнымисвойствами.

Конструкционныестали.

Понятиео конструкционнойпрочности

Под конструкционнойпрочностьюпонимают способностьвсей конструкциидлительноевремя надежноработать вразличныхусловиях эксплуатациибез катастрофическихразрушений.Конструкционнаяпрочность –это интегральнаяхарактеристика,объединяющаяв себе несколькогрупп факторов.

1. Металлургическиефакторы (природаматериала).Сюда относятхимическийсостав, микроструктуру,кристаллическуюрешетку, наличиедефектов, полиморфныхпревращенийи т.д.

2. Конструктивно-силовыефакторы. Сюдаотносят конструкцию,напряженно-силовоесостояние,масштабныйфактор, факторформы и т.д.

3. Внешниефакторы. Сюдаотносят наличиеагрессивныхсред, электромагнитныхполей, абразивногоизноса, температуру.

Для того,чтобы успешнопротивостоятьвсем разрушающимфакторам привыборе материаладля той илииной детали,необходимоучитывать целыйряд параметров.

Выборстали для деталейконструкционногоназначения.

1. Прочность.

Первойхарактеристикой,по которойосуществляютвыбор сталидля той илииной детали,является прочность.Однако прочностьконструкциирассчитываетсяиногда не изпредела прочностиσ_В, а исходяиз пределатекучести σ_0,2,т.к. величина0,2 – это δ=0,2%, т.е.максимальнодопустимаядеформация.Если деформациябудет больше,то искажениеформы деталиприведет котказу механизмав результатезаклиниванияили разрушения.Поэтому привыборе сталипод ту или инуюдеталь прочностьоцениваетсяпо пределутекучести.

2. Критическийдиаметр.

Большинствоконструкционныхдеталей приизготовленииподвергаетсяупрочняющейтермообработке,при этом свойствастали послетермообработки в значительноймере зависятот того, прокалиласьли деталь насквозьили нет. Еслидеталь массивнаяи не содержитлегирующихэлементов, топосле закалкисердцевинаостанетсянезакаленной.Такие деталибудут плохоработать нарастяжение,и особенноплохо будутпротивостоятьзнакопеременнымнагрузкам, т.е.сопротивлятьсяусталости.Поэтому длядеталей, работающихна удар или наусталость,всегда ставятсятребованиясквознойпрокаливаемости.Прокаливаемостьстали оцениваетсяпо критическомудиаметру. Критическийдиаметр –максимальныйдиаметр, которыйможет закалитьсянасквозь взаданном охладителе.Таким образом,при выборемарки сталимаксимальныйразмер деталив сечении долженбыть меньшеили равенкритическомудиаметру.

Для удобствавыбора той илииной маркистали для деталейразличногоразмера, применяютсяспециальныетаблицы, в которыхвсе стали расставленыисходя из двухпараметров– предела текучестипосле термическогоулучшения икритическогодиаметра.

Табл.

3. Хладноломкость.

4. Ударнаявязкость. Еслидетали предназначеныдля работы приотрицательныхтемпературах,а так же условияхударного нагружения,т.е. динамическихнагрузок, тоследующимипараметрами,по которымпроводитсядальнейшийвыбор стали,являются температураполухрупкостиТ₅₀, а так жеударная вязкостьаn или вязкостьразрушенияК_1С. Температураполухрупкостипоказываеттемпературу,при которой50% излома носитвязкий характер,50% - хрупкий. Тоесть это границыхладноломкостидетали. Знаярабочую температуру,всегда нужновыбирать такуюсталь, чтобыграница хладноломкостибыла на 20-40є С нижерабочей. Длясниженияхладноломкостивводят Ni,Mo. Вязкостьстали зависитот размеровзерна: чем мельчезерно, тем вышевязкость. Дляповышениявязкости вводятNi, Mo, Mn,W.

5. Дополнительныефакторы. Еслипо условиямработы деталиподвергаютсядополнительнымвидам износа(абразивныйизнос поверхности,окислениеповерхностив агрессивныхсредах, воздействиеповышенныхтемператур),то кроме типовыхфакторов привыборе маркистали учитываютсяи дополнительные,и подбираютсясоответствующиемеры для противодействияразрушающимфакторам(поверхностнаязакалка, ХТО,поверхностныйнаклеп, обдувкадробью, песком).

Низкоуглеродистыецементуемыестали.

Этагруппа сталейпредназначенадля изготовлениядеталей, обладающихповышеннойтвердостью,прочностью,износостойкостьюповерхностии одновременновязкой сердцевиной.Количествоуглерода в этихсталях 0,1-0,25%. Введениедополнительныхлегирующихэлементовнеобходимо,прежде всего,для повышенияпрочностисердцевины.Слой цементации0,6-1,2 мм, температурацементации950-980є С, выдержка,исходя из скоростицементации, 0,1мм/час. Примассовом производствецементациюпроводят вгазовых печах,при штучномили мелкосерийномпроизводстве– в твердойсреде (засыпаютуглем). Еслицементацияпроводитсяв газовой печи,то закалкапроизводитсянепосредственнопри выходе изпечи, т.е. бездополнительногонагрева. Послецементациивсе деталиподвергаютсяупрочняющейтермообработке,для ответственныхдеталей – двойнаязакалка (перваязакалка – 850-870єС, вторая закалка– 760-780є С) + низкийотпуск (180-200є С),для неответственныхдеталей – одназакалка сцементационнымнагревом (930-950єС) + низкий отпуск(180-200є С). Иногдавместо первойзакалки применяютнормализацию(измельчениезерна, устранениецементитнойсетки). Цементируемаясталь содержитCr, W, Ti– карбидообразующие,Ni, Si, Cu– не карбидообразующие.Карбидообразующиеэлементы повышаюттвердостьповерхности.

1. Сталис не упрочняемойсердцевиной– ст.10, 15, 20 (простыеуглеродистые).

2. Сталисо слабо упрочняемойсердцевиной– ст. 15Х, 15ХР, 15ХГР.

3. Сталис сильно упрочняемойсердцевиной– ст. 12ХН3А, 20Х2Н4А,18ХНВА, 18ХГТ, 25ХГТ.

Среднеуглеродистыецементуемыестали.

Деталиответственногоназначенияработают, какправило, в условияхзнакопеременных,ударных нагрузоки поэтому требуютприменениясталей, сочетающихтакие характеристикикак высокаяпрочность,вязкость, а также сопротивлениеусталостномуразрушению.Такие характеристикиможно получитьв среднеуглеродистойстали, т.е. содержащей0,25-0,55% углерода.

1. Еслик такой сталиприменитьполную закалкуи низкий отпуск,то можно получитьочень высокийпредел прочности,но при этомочень маленькийзапас вязкости.Поэтому чащевсего послезакалки такуюсталь подвергаютвысокому отпуску.При этом пределпрочностинесколькопонижается,но зато удаетсяполучить максимальновысокую вязкость,т.е. получитьмаксимальновысокую конструкционнуюпрочность.Сочетаниеполная закалка(820-850є С) + высокийотпуск (550-650є С)применяетсядля улучшаемыхсталей. Структурапосле такойзакалки – сорбит.Границ зеренне видно. Максимальновысокая усталостнаяпрочностьдостигаетсятолько приусловии однороднойструктуры,поэтому в этомслучае деталидолжны иметьсквознуюпрокаливаемость.Если послезакалки в центредетали структурабудет перлитная,то такая детальбудет плохосопротивлятьсяусталости.

2. Но дляобеспечениясквознойпрокаливаемоститребуется иметьмаксимальновысокий критическийдиаметр, т.е.максимальновозможныйдиаметр, накоторый прокаливаетсядеталь в данномохладителе.Критическийдиаметр, т.е.прокаливаемость,зависит отмногих факторов.Но главным изних являетсяналичие легирующихэлементов(кроме кобальта,легирующиеэлементы смещаютс-образныекривые вправо,увеличиваютустойчивостьаустенита,уменьшая темсамым критическуюскорость охлаждения).

В результатепри закалкескорость охлаждениядаже массивныхдеталей становитсявыше критической,и деталь закаливаетсянасквозь, т.е.основным механизмомвлияния легирующихэлементов наданную стальявляется увеличениепрокаливаемостистали.

3. Многиедетали из улучшаемойстали работаютв условияхповерхностногоизноса (в условияхтрения). Сопротивлениеизносу обеспечиваетвысокая твердость,но после высокогоотпуска твердостьстали составляет23-25 HRC и еенедостаточно.Поэтому какдополнительныйвариант упрочняющейтермообработкидля таких деталейприменяютповерхностнуюзакалку илиХТО (азотирование).Добавки V,Ti образуюточень стойкиекарбиды, которыене растворяютсяпри нагревепод закалку,поэтому сдерживаютрост аустенита.В результатесталь получаетсямелкозернистойи имеет высокуювязкость. Moи W вводятв сталь дляуменьшенияотпускнойхрупкости 2рода. Буква Ав конце означаетуменьшенноесодержаниевредных примесейS и P.

Выбортой или иноймарки сталииз этой группыпроводится,прежде всего,по пределупрочности ипо критическомудиаметру. Дляэтого пользуютсятаблицей, гдевсе стали размещеныпо категориямпрочности икритическомудиаметру. Покритическомудиаметру улучшаемыестали разделяютна 5 групп:

1. Критическийдиаметр до 20мм при охлаждениив воде. В этугруппу входятвсе простыеуглеродистыестали 30, 35, 40, 45, т.е.практическинелегированные(самые дешевыеи легкодоступные).

2. Критическийдиаметр 20-40 ммпри охлаждениив масле. В этугруппу входятстали 35Х, 40Х, 45Х.

3. Критическийдиаметр 40-60 мм.В эту группувходят стали38ХС, 25ХГСА, 30ХГСА,35ХГСА, 40Г2, 40ХГР,т.е. стали, содержащиедобавки Cr,Mn, Si.

4. Критическийдиаметр до 100мм. В эту группувходят стали30ХН3А, 35ХМ, 40ХН, т.е.стали, содержащиеCr, Ni.

5. Критическийдиаметр свыше100 мм (до 1000 мм). В этугруппу входятстали 38Х2Н2МА,35ХН3МА, 40ХНМА.

Высокоуглеродистыепружинные,рессорныестали.

1. Основноетребованиек пружинно-рессорнойстали – этомаксимальныйпредел упругости.Величина пределаупругостизависит в основномот количествауглерода встали: чем егобольше, темвыше пределупругости.

2. Второетребование– высокаярелаксационнаястойкость(против сниженияпредела упругости).

3. Стойкостьпри усталостномнагружении.Требуетсявысокое качествоповерхности,дополнительнаяобработканаклепом (дробь,песок), чтобыне возниклитрещины усталости.

Термообработкапружинныхсталей.

Приизготовлениипружин пользуютсякак горячей,так и холоднойдеформацией.Горячая деформацияиспользуетсяпри изготовлениикрупногабаритныхпружин большогосечения.

Послегорячей навивкиприменяютзакалку и среднийотпуск, структура- троостит. Онпредставляетсобой мелкопластинчатуюструктуру,которая обладаетминимальнымзапасом вязкости,но, так как пружиныдолжны работатьтолько на упругость,то вязкостьне являетсяограничением.

Приизготовлениипружин небольшогопоперечногосечения можноиспользоватьпатентирование,т.е. изотермическийотжиг с последующейхолодной деформацией.После изготовленияи термообработкипружины подвергаюттщательнойобработкеповерхности(шлифовка, полировка,покраска), чтобыустранитьконцентраторынапряженийдля последующегоустраненияусталостныхтрещин. Повыситьусталостнуюстойкость можнотакже обработкой,создающейповерхностныйнаклеп.

Сталидля холоднойштамповки.

К этимсталям относят,прежде всего,малоуглеродистыестали с содержаниемС =0,05 – 0,2%. Основныетребования:

1. Высокаяштампуемость,т.е. способностьприниматьобъемную формуиз плоскойзаготовки.

2. Высокоекачество поверхностидетали послехолодной штамповки.

Этитребованияобеспечиваются:

1. Механическимисвойствами.

2. Химическимсоставом.

3. Структурой.

Требованияпо механическимсвойствам:

1. Минимальнаятвердость(HRB)

2. Высокийпредел прочностиσ_В, низкий σ_Т (

   )

–число текучести.

3. Высокаяпластичность.

Требованияпо химическомусоставу:

1. СодержаниеС

2. Суммарноесодержаниелегирующихэлементовменьше 1-1,5%

3. Минимальноесодержаниепримесей.

4. Нежелательноеприсутствиерастворенныхгазов.

Требованияпо структуре:

1. Зернодолжно бытьсредним (6-8 балл).Мелкое зерновызывает повышеннуютвердость, листстановитсяболее жестким.Из-за этогобыстро изнашиваютсяштампы. Еслизерно крупное,то резко ухудшаетсякачество поверхности.Возникает“апельсиноваякорка”.

2. Недопустимаразнозернистость,т.к. крупноезерно припластическойдеформацииутоняется болеебыстро, чеммелкое, поэтомув этих местахпоявляютсятрещины, надрывы,приводящиек браку.

3. Перлитв этих сталяхжелательноиметь зернистый,а не пластинчатый.Стали с пластинчатымперлитом имеютменьшую пластичность.Нежелательнорасположениеперлита в видесетки по границамзерен, т.к. этоснижает пластичностьстали.

Листовуюзаготовку дляхолодной штамповкиполучают холоднойпрокаткой. Листпосле холоднойпрокатки сильноупрочняется,и не может бытьсразу подвергнутхолодной штамповке.Для снятия наклепа передхолодной штамповкойиспользуютрекристаллизационныйотжиг. Этототжиг проводятпри температуре680є С. Отжиг проводят либо для рулонов,тогда используюткамерную печь(выдержка 6-8 часов).В специальныхнепрерывныхагрегатахпроводитсяотжиг движущейсяленты. Принепрерывныхагрегатахтемпературныйрежим обеспечиваетодинаковуюструктуру повсей длинеленты. Высокоекачество поверхностиизделия зависитот склонностистали к деформационномустарению.Деформационноестарение этоэффект увеличенияпредела текучестииз-за повышенногосодержанияв сталях газов.

1. – криваярастяжениясталей, склонныхк деформационномустарению.

2. - криваярастяжениясталей, не склонныхк деформационномустарению.

Деформационноестарение возникаетблокированныхдислокацийпримеснымиатомами, которыеобразуют целыеатмосферы. Дляначала пластическойдеформациинеобходимооторвать дислокацииот этих атмосфер.Для этого требуетсяболее высокоенапряжение.Из-за этих атмосферпластическаядеформацияразвиваетсяпо объему металланеравномерно.В результатена поверхностистального листавозникает целаясетка линийскольжения,которая выглядиткак тонкиецарапины. Дляих устранениятребуетсядополнительнаяотделка поверхности,что не всегдавозможно. Чтобыпредотвратитьпоявление линийскольжения,сталь склоннуюк деформационномустарению передхолодной штамповкойподвергаютнебольшойпластическойдеформациина прокатномстане или вправильноймашине.

Малаяпластическаядеформацияпозволяетустранить зубтекучести. 2%вполне достаточно,чтобы оторватьдислокацииот примесныхатомов. Такаяпредварительнаяпластическаядеформацияназываетсядрессировкой.После дрессировкиэффект деформационногостарения вновьпроявляетсяпримерно через10-15 дней. Поэтомудрессировкунеобходимопроводить передхолодной штамповкой.Для того, чтобысделать стальнечувствительнойк эффектудеформационногостарения, в неев качестведобавок в небольшомколичествевводят Al(0,02-0,04%), V (0,2%)

В результатеобразуютсяAlN, VN. Атомыазота остаютсянеподвижными,эффект деформационногостарения исчезает.

Маркисталей, используемыхдля холоднойштамповки:08кп, 05кп – хорошаяпластичность,дешевые; 08пс,08сп – сталь болеежесткая; 10, 15, 20, 10кп,10пс, 10сп.

Нестареющиестали: 08Ю, 08Ф, 10ЮА,08ГСЮТ, 08ГСЮФ.

ДФМС– двухфазныемартенситныестали.

Низкийпредел текучести,высокий пределпрочности.

Химическийсостав:

пластичность0,03-0,06% С, 0,5% Cr, 0,2% Mn,0,5-1,5% Si. Стальс таким химическимсоставом послеохлаждения,после горячейпрокатки илипосле специальнойтермообработки,которая заключаетсяв быстром охлаждениис температуроймежду точкамиАс1 и Ас3, имеетструктуруФеррит + Мартенсит(М – 10-30%). Ферритобеспечиваетвысокую пластичность,низкий пределтекучести.Мартенситобеспечиваетвысокий пределпрочности (

=0,5 – 0,6). В исходномсостоянии стальобладает высокойпластичностью,но после холоднойдеформации,упрочнениезатрагиваетглавным образомферритнуюструктуру, т.е.происходитбыстрое упрочнениеметалла. В результатеполучаетсяготовое изделиес высокой прочностью,поэтому из этихсталей делаюттакие изделия,как колесныедиски для грузовиков,бамперы, лонжероны,рамы. Самыедешевые марки09Г2С, 03ХГЮ, 06ХГС.

Высокопрочныестали

К нимотносятся сталис σв > 1400-1500 мПа. Самыепрочные достигаютσв=3000 мПа.

Так жеобладают высокимпределом текучестиσт > 1350-1400 мПа, т.е.стали - высокопластичные.Высокопрочныестали применяютсяв авиации иракетной технике,т.к. они позволяютпри заданнойпрочностиснизить весконструкции.Чтобы получитьвысокую прочностьнеобходимопровестисоответствующеелегирование,обеспечитьвысокую чистотуметалла, получитьструктуру засчет термообработки,которая обеспечивалабы заданныехарактеристики.Высокую прочность,твердость можнополучить и вобычных углеродистыхсталях послезакалки и низкогоотпуска, но приэтом такаясталь обладаетвысокой хрупкостью,т.е. не можетсопротивлятьсяударным нагрузкам.Поэтому такиестали отнестик высокопрочнымможно лишьусловно. Квысокопрочнымсталям относятте стали, которыеобладают высокимсопротивлениемк хрупкомуразрушениюК_1С = 200-300 кДж/мІ.

Дляповышениявязкости стали,в нее обычновводят большоеколичествоNi, Mo, Mn.Для повышенияпрокаливаемостисталь должнасодержать Cr,Si. Для образованияупрочняющихинтерметаллидныхфаз добавляютTi, Al, W.Несмотря нато, что С – самыйсильный упрочнитель,повышение егоконцентрацииведет к снижениювязкости. ПоэтомусодержаниеС

НУС –низкоуглеродистыестали.

СУС –среднеуглеродистыестали.

ВУС –высокоуглеродистые стали.

МСС –мартенситностареющие.

МАС –стали с метастабильнымаустенитнымсостоянием.

Низкоуглеродистыестали

К низкоуглеродистымотносятся сталис содержаниемуглерода 0,1-0,15% .

Дляповышениявязкости всталь вводят1-2% Mn.

Дляповышенияпрокаливаемостив сталь вводят0,5-1% Cr.

Низкоуглеродистыестали подвергаютзакалке (500-600є С)и низкому отпуску.

Послетермообработкиполучаетсяотпущенныймартенсит.Упрочнениепроисходитза счет образованиякарбидов, нитридов,а также интерметаллидныхфаз.

Самаядешевая сталь– 14Г2АФ.

Самаядорогая – 14ХГН2МДАФ.

Пределпрочности всталях σв

Среднеуглеродистыестали.

Данныестали применяютсядля изготовлениятяжело нагруженныхдеталей машин,крепежныхдеталей.

Химическийсостав: 0,3-0,4% С, 1-2%Mn, 1-2% Ni,0,5-1% Cr, 0,5-1,5% Si,0,2-0,4% Mo, до 0,2% Ti.

Типовойрежим термообработки:полная закалка+ отпуск (200-400є С)

Основныестали группы:30ХГСН2А, 40ХСН2МА.

Высокоуглеродистыестали.

К высокоуглеродистымотносятся сталис содержаниемуглерода до0,7% .

Их основноеназначение– это получениеканатной проволоки.При изготовленииприменяютпатентирование,быстро охлаждаютдо получениямелкозернистойструктуры Ф+Пи тут же подвергаютхолодной деформации– волочению.Сочетаниеультрамелкойструктуры инаклепа позволяетполучить впроволокеσв=3000-5000 мПа. Из-замалой вязкостиконструкционныедетали из этойстали не делают.

Мартенситно-стареющиестали.

Из всехвысокопрочныхсталей онинаиболее частоиспользуются.Это объясняетсясочетаниемвысоких механическихсвойств (сталихорошо свариваются,обладают высокойкоррозионнойстойкостью,они не меняютсвоих размеровпри закалке,не подвергаютсяобъемным изменениям).Основным отличиемявляется полноеотсутствиеуглерода (менее0,03%). Упрочнениепроисходитза счет термообработки,которая включаетв себя закалку(900-1000є С) и последующеестарение (350-480єС).

Послезакалки этистали имеютбезуглеродистыймартенсит.Поэтому необладают высокойпрочностью.В таком состояниистали могутподвергатьсяпластическойдеформации,обработкерезанием,шлифованием.Окончательновысокие механическиесвойства достигаются,когда полностьюготовое изделиеподвергаетсястарению.

В процессестарения внутримартенситавыделяютсяинтерметаллидныефазы, которыерасполагаютсявокруг дислокацийи блокируютих перемещение.В результатерезко увеличиваютсяпрочность итвердость.Чтобы получитьтакие свойства,сталь должносодержать Ni– 12-20%, Co – 8-12%, Mo– 5-10%, Ti – 1-2%, Cuдо 0,5%. БольшоеколичествоNi ведет крезкому понижениютемпературыначала мартенситногопревращения.Наиболее широкоизвестнаямарка: Н18К9М5Т.

Стали сметастабильнымаустенитнымсостоянием.

В настоящеевремя эти сталиобладают наивысшимсочетаниемпрочности ивязкости. Поэтомуявляются самыминадежнымиконструкционнымиматериалами.Сочетаниевысоких механическихсвойств обеспечиваетсятехнологиейих обработки,а так же химическимсоставом: С до0,3%, Ni до 25%, Moдо 4%, Mn 10-12%, Cr10-12%, Si до 2%.

БольшоеколичествоNi, Mo, Mnведет к тому,что после закалкимартенситногопревращенияне происходит,т.е. структураостается аустенитной.Если такуюсталь подвергнутьдеформации,то возникающийнаклеп переводитаустенит внестабильноесостояние.Степень деформациивыбираетсятакой, чтобыполучить вданной стальнеустойчивоесостояние, т.е.последующееохлаждениеили дополнительнаядеформациябудут вызыватьв стали мартенситноепревращение.Переход аустенитав мартенситбудет наблюдатьсяне во всем объемедетали, а лишьв тех местах,где появляютсямикротрещины.Образованиемикротрещинсопровождаетсялокальнойпластическойдеформациейее вершины, ноэта деформациявызывает мартенситноепревращение,в результатечего прочностьв этом местеувеличиваетсяи разрушениепрекращается.Металл сам себя“лечит” в техместах, гдепоявляютсяразрушения.Такой эффектсамоупрочненияв процессеэксплуатациипозволяетдеталям работатьдлительноевремя без разрушения.Недостатоктаких сталей– высокая стоимость,необходимостьпроведениятеплой деформацииTдеф=300-500є С,требуетсямощное оборудование.По такой технологииможно выпускатьотдельные видыполуфабрикатов(листы, профиликруги).

Основныестали: 25Н24М4,24Н21Г2С2М4, 30Х10Г10 и14Х14АГ12.

Шарикоподшипниковыестали.

Шарикоподшипниковыестали по назначениюотносят кконструкционным,но по химическомусоставу онипопадают вобласть инструментальныхсталей и находятсякак бы на границе.Основные требованияопределяютсяназначением:

1. Высокаястатическаягрузоподъемность,т.е. способностьвыдерживатьвысокую нагрузкус минимальнойдеформацией(ε

2. Высокаяконтактнаяусталостнаяпрочность.Зависит, преждевсего, от наличияв стали неметаллическихвключений. Они,обладая высокойхрупкостью,разрушаютсяи дают началодля появленияусталостнойтрещины, поэтому,для повышениястойкости сталипротив контактнойусталости,применяютдополнительнуюочистку сталиот вредныхпримесей.

3. Высокаятвердость

4. Высокаяизносостойкость.Эти два требованиязависят отсодержаниякарбидов встали. Наличиекарбидов хромавлияет на твердостьи износостойкость.

5. Сквознаяпрокаливаемость.Глубина прокаленногослоя – 95% мартенсита.Для повышенияпрокаливаемостивводят Cr,Mn, Si. Siзатрудняетраспад мартенситапри отпуске.Это дополнительносохраняеттвердость.

Дляобеспеченияэтих требованийшарикоподшипниковыестали содержатС 0,95-1,15%, Cr 0,6-2%, Mn1%, Si 1%.

Маркировка:Первая букваШ показывает,что это шарикоподшипниковыестали, Х – хромв десятых доляхпроцента: ШХ6– 0,6% Cr, ШХ15 –1,5% Cr, ШХ20 – 2% Cr.

Дляподшипниковсталь выбираютпо прокаливаемости:

ШХ6 – до5-6 мм.

ШХ9 –10-15 мм.

ШХ15 –до 30 мм.

ШХ15СГ– свыше 30 мм.

Термообработка:закалка 840-860є С(маленькиешарики охлаждаютв масле, большие– в воде), отпуск180-200є С.

Послетермообработкиструктура –отпущенныймелкоигольчатыймартенсит сравномернораспределеннымимелкими карбидамиCr. Бракомявляется карбиднаянеоднородность,т.е. грубое выделениекарбидов пограницам зерен,а так же карбиднаяполосчатостьструктуры.

Рабочийинтервал температур:от –40є С до +200є С.

8Х4В9Ф2Ш– от 200є С до 600є С.

Инструментальныестали.

Основныетребованияк инструментальнымсталям:

1. Высокаятвердость.Обеспечиваетсяхимическимсоставом итермообработкой.Химическийсостав: C,Cr, W, V,Mo, Ti, Nb,Co (карбидообразующиеэлементы).

Термообработка:а) закалка + низкийотпуск; б) термообработкана дисперсионноетвердение длявысоких рабочихтемператур.Высокую твердостьобеспечиваюткарбиды.

Еслисталь должнасохранятьтвердость дотемператур500-600є С, то применяюттермообработкуна вторичнуютвердость. Дляэтого проводятзакалку сталис максимальновысокой температурой,что обеспечиваетрастворениекарбидообразующихэлементов ваустените.После закалкитакой сталиобразуетсямартенсит, вкотором в твердомрастворе находитсябольшое количестволегирующихэлементов. Впроцессе последующегоотпуска происходитраспад мартенситаи одновременновыделение изнего большогоколичествавторичныхкарбидов. Выделениекарбидов сохраняеттвердость встали до температур500-600є С. Дальнейшееувеличениетемпературыведет к укрупнениюкарбидов, врезультатетвердостьпостепеннопадает.

2. Вязкостьнеобходимадля инструментов,работающихс ударныминагрузками.Чем выше ударнаянагрузка, темвыше запас повязкости. Вязкость– свойствопротивоположноетвердости,поэтому увеличениетребованийпо вязкостиведет к снижениютвердости.

3. Износостойкость.Работа любогоинструментасвязана либосо снятиемстружки с заготовки,либо с изменениемформы заготовки,что сопровождаетсятечением металлапо поверхности.Такие условияработы вызываютизнашиваниеповерхности.Чем дольшесопротивляетсяизносу сталь,тем дольшеслужит инструмент.

4. Теплостойкость(красностойкость)– стойкостьпротив отпуска,т.е. сохранениетвердости приповышеннойтемпературе.Теплостойкостьчаще используетсядля штампов,красностойкость– для режущегоинструмента.Они обеспечиваютсятермообработкойи химическимсоставом.

5. Прокаливаемость.Для большинстваинструментовтребуетсясквознаяпрокаливаемость.

По назначениюинструментальныестали делятна четыре группы:

1. Сталидля режущегоинструмента.

2. Сталидля штамповхолодной штамповки.

3. Сталидля штамповгорячей штамповки.

4. Сталидля измерительногоинструмента.

Сталидля режущегоинструмента.

Из этихсталей изготавливаютрезцы, сверла,метчики, плашки,фрезы.

Сталидля режущегоинструментаделят на:

1. Углеродистыестали.

2. Углеродистыелегированныестали.

3. Быстрорежущиестали.

(1). Углеродистыестали: У7-У13.

Достоинствотаких сталей– дешевизна,недостаток– неглубокаяпрокаливаемость,т.е. при охлаждениив воде такаясталь прокаливаетсяна 10-15 мм, в маслене более 5 мм.Такая стальможет бытьиспользованадля мелкогоинструмента.Но этот недостатокможет быть идостоинством,если стальработает вусловияхдинамическогоразрушения(ручной инструмент).Углеродистыестали послезакалки и низкогоотпуска имеютвысокую твердость– 50-60 единиц. Ноу этих сталейневысокаякрасностойкость.При увеличениитемпературына режущейкромке выше350є С, происходитпотеря твердостии так называемаяпосадка режущейкромки, т.е. еезатупление.Поэтому инструментиз углеродистойстали можетработать толькос невысокимискоростямирезания. Онпредназначендля ручнойработы или дляработы в условияхинтенсивногоохлаждения.

Термообработка:закалка (У7-У8– 800-820є С, У9-У13 – 750-780єС) + низкий отпуск(160-180є С – 61-63 HRC,200-220є С – 57-59 HRC).Углеродистыестали используютдля изготовленияинструменты,работающегопри ударныхнагрузках(долото, зубило).

(2) Углеродистаялегированнаясталь. Дляповышенияпрокаливаемостипри изготовлениикрупного инструмента,а так же дляповышениякрасностойкостив углеродистуюсталь вводятCr, Si, Mn,W, V. Vобразуеттруднорастворимыекарбиды, которыесохраняютсяпри нагреведо очень высокихтемператур.Эти карбидырасполагаютсяна границахзерен и поэтомусдерживаютрост зерна,предотвращаяперегрев стали.

Группаа. – стали снеглубокойпрокаливаемостью.Cr до 0,7%, W1,5-5%, V до 0,3%.

7ХФ, 9ХФ– используютсядля изготовлениясверл, метчиков,плашек.

Термообработка:закалка 740-760є С,охлаждениев воде или масле+ низкий отпуск.

Группаб. – стали глубокойпрокаливаемости.Cr до 1,7%, W1-2%, Mn 1-2%, Siдо 1%.

9Х, Х, 9ХС,ХГС, ХГВ – предназначеныдля изготовлениякрупного инструмента.

Термообработка:закалка 830-850є С+ низкий отпуск180-200є С.

Стали,содержащиеванадий, позволяютрегулироватьглубину прокаленногослоя за счеттемпературызакалки.

(3) Быстрорежущаясталь. Позволяетповысить скоростьрезания в 10 раз.Для того чтобыповысить скоростьрезания необходиморезко увеличитькрасностойкость.Это можно сделатьза счет карбидовW, V, Co,Mo.Карбиды этихэлементов принагреваниистали до 550-600є Сне изменяютсвоих размерови неизменнойостается твердость.

Составбыстрорежущейстали: С 0,9-0,95%, Cr3,8-4,2% (обеспечиваетпрокаливаемостьстали, карбидыCr повышаютизносостойкость),W 3-18% (обеспечиваеткрасностойкость).Для повышениярежущей способностии красностойкостив сталь вводятCo 5% (в некоторыхслучаях до20%), V 3%. Стали,содержащиеCo, V, используютдля обработкинержавеющих,жаростойких,титановыхсплавов.

Технологияобработкибыстрорежущейстали включаетв себя:

1. Получениеслитка илипорошковойзаготовки.

2. Предварительнаяобработка,необходимаядля полученияравномернойструктуры,однородногораспределениякарбидной фазыи минимальнойтвердости передизготовлениеминструмента.

3. Окончательнаятермообработка,необходимаядля приданияинструментуслужебныхсвойств.

Получениеслитка (илипорошковойзаготовки)быстрорежущейстали затрудненосильной карбиднойликвацией, т.е.большое содержаниекарбидообразующихлегирующихэлементоввызывает появлениев этой сталиледебуритнойэвтектики. Дляустраненияхимическойнеоднородности,а так же крупныхкарбидов, слиткиподвергаютвысокой гомогенизациии последующейгорячей деформации.Горячая деформацияпроводитсяв разных направленияхдля раздробленияи измельчениякарбидов. Чеммельче карбиды,тем выше свойствастали. Максимальномелкие и равномернораспределенныекарбиды можнополучить, используятехнологиюпорошковойметаллургии.Для этогорасплавленныйметалл не отливаютв слиток, а распыляютв мелкий порошок.Образовавшийсяпорошок подвергаютгорячему прессованию.В результатезаготовка имеетоднороднуюструктуру сочень мелкимраспределениемкарбидной фазыпо объему. Назначениепредварительнойобработки –снижение твердости.Для этого проводятизотермическийотжиг при температуре840-860є С, затем проводятмедленноеохлаждениесо скоростью40є/час до температуры720-740є С. Потом охлаждаютсо скоростью50є/час до 600є С итвердостьсоставляет23-25 HRC.

Послеэтой обработкиструктура будетпредставлятьсобой сорбидообразныйперлит. Окончательная обработкавключает закалкуи многократныйотпуск приодной температуре500-550є С и продолжительностью1 час. Температурнаяостановка 840єС, чтобы не былорастрескивания.

Длябыстрорежущейстали применяютвысокотемпературнуюизотермическуюзакалку. Нагревзаготовок ведутв расплавахсолей, чтобыпредотвратитьокислениеповерхностии выгораниялегирующихэлементов иуглерода. Впроцессе нагреваделают однуили две температурныхостановки длявыравниваниятемпературыпо сечениюдетали. Температуразакалки лежитвплотную кточке А₄, этонеобходимодля растворениявысокотемпературныхкарбидов. Однаковыдержка подзакалку должнабыть короткой,чтобы не произошлоукрупнениязерна. Закалкапроводитсяс охлаждениемв горячей среде,либо ступенчатая,либо изотермическая(чтобы выровнятьтемпературупо сечению ине допуститьрастрескивания).Окончательноеохлаждениепроизводитсяна воздухе.Закаленнаяпо такому режимусталь имеетструктурумартенсит +карбиды + остаточныйаустенит. Послеизотермическойзакалки фазовыйсостав быстрорежущейстали состоитиз 15-25% карбиднойфазы МеС, 50% мартенситнойфазы и 20-25% остаточногоаустенита. Всплавах с большимсодержаниемСо количествоостаточногоаустенита можетдостигать 40%.Остаточныйаустенит являетсянежелательнойфазой, т.к. понижаеттвердостьстали, поэтомусразу послезакалки быстрорежущуюсталь подвергаютмногократномуотпуску. Отпускпроводитсяпри температуре500-560є С в течение1 часа. Во времяпервого отпускапроисходитснятие закалочныхнапряженийза счет переходамартенситазакалки в мартенситотпуска, а также за счет выделенияиз остаточногоаустенитаизбытка легирующихэлементов ввиде карбидов.При охлаждениястали послеотпуска аустенитпревращаетсяв мартенсит,однако этопревращениепроисходитне полностью.После первогоотпуска количествоостаточногоаустенитасоставляет12-15%. Для дальнейшегоуменьшенияостаточногоаустенитапроводят вторуюступень отпуска.В это времяпроисходитотпуск вновьобразовавшегосяаустенита идальнейшеевыделениекарбидов изоставшегосяостаточногоаустенита.После охлаждения2 ступени оставшийсяостаточныйаустенит переходитв мартенсит,количествоего 5-6%, поэтомупроводят 3 ступеньотпуска. Проходятте же процессы.После 3 стадиисодержаниеостаточногоаустенита недолжно превышать1-2%. Если количествоостаточногоаустенитабольше 2%, топроводят ещеодин отпуск.

Основныемарки: Р18, Р12, Р9,Р6М5, Р9М5Ф2, Р6М5К5.Самая теплостойкая– В11М7К23.

Твердыесплавы.

Твердыесплавы относятк режущим материалам,но они не являютсясплавами нажелезной основе.Они представляютсобой карбидыразличныхметаллов, скрепленныемежду собойметаллическойсвязкой. В качествекарбидов используют:WC, TiC, TaC.В качествесвязки используютCo, Ni.Изготавливаюттвердые сплавыметодом порошковойметаллургии.Первоначальнокарбиды смешиваютс порошком Coи добавляютпластификатор(грубый парафин).Смесь подвергаютхолодномупрессованию,получают заготовку.Заготовкуотправляютв вакуумнуюпечь, где притемпературе1500-1800є С происходитвыгораниепластификатора.Одновременнопроисходитрасплавлениеметаллическойсвязки. В результатечастицы карбидовоказываютсяплотно связанымежду собой.Далее идетзаточка. Послеможет проводитсянапылениенитрида титанаTiN.

Штамповыестали.

Используютсядля изготовленияинструмента,работающегобез снятиястружки.

Сталидля штамповдля холоднойдеформации.

Сталис повышеннойизносостойкостиприменяютсядля разделительныхштампов, а также для штампов,работающихс малой относительнойскоростьюперемещениязаготовкиотносительноштампа. Так какразделительныеоперации связаныс резаниемметалла, дляштампов такогоназначенияприменяютрежущие сталиУ7-У13, легированные7ХФ, 9ХФ, 11ХФ (с невысокойпрокаливаемостью)и 9Х, Х, 9ХС, ХГС (свысокой прокаливаемостью).Выбор сталиопределяетсяразмерами, т.е.прокаливаемостью,стоимостью.

Такойвид штамповкипредполагаетскольжениеметалла в заготовкепо поверхностиштампа. Такоескольжениебыстро изнашиваетштамп, что требуетего ремонтаили замены. Поэтому длясталей, используемыхдля изготовленияштампов требуетсявысокая износостойкость.Износостойкостьзависит оттвердости. Врезультатеколичествокарбидов примерно18-22%. Большой недостатокхрома – егосклонностьк ликвации. Врезультатевозникаеткарбиднаянеоднородность.После горячейковки такойзаготовкикарбиднуюнеоднородностьудается уменьшить,но полностьюустранить неполучается.Возникаетполосчатость.Такой дефектможет вызватьпреждевременныйизнос в видеизнашиванияили расслоения.Чтобы уменьшитькарбиднуюнеоднородностьCr частичнозаменяют Mo,V, W. Такаязамена позволяетповысить твердостьштампа.

Основныестали: Х6ВФ, Х6Ф4,Х12М, Х12М, Х12Ф, Х12.

Термообработкатакой сталивключает в себявысокотемпературнуюзакалку притемпературе950-1050є С и низкийотпуск 170-190є С.Твердость послетермообработкиHRC 62-64. нагревпод закалкуведут оченьмедленно, чтобынагрев былравномерный.Охлаждениепроводитсяв масле, либопроводятизотермическуюзакалку. Особенностьстали заключаетсяв высокой стойкостипротив отпуска.Структурастали: мартенсит+ карбиды + остаточныйаустенит. Остаточныйаустенит добавляетвязкость стали,но тем не менееее не достаточно,поэтому штампыне могут работатьс резкими ударныминагрузками.

Сталис повышеннойтеплостойкостью.Из этих сталейизготавливаютинструментдля холоднойобъемной штамповки.Работа инструментахолодной объемнойштамповкисопровождаетсяего разогревомв поверхностномслое до температуры500-550є С. поэтомуна первое местов списке свойстввыходит высокаятеплостойкость.Для обеспечениявысокой теплостойкостиприменяютспециальныестали, которыевыдерживаютдлительнуюработу притакой температуре.СодержаниеС снижают до0,8-1%, т.к. ударныенагрузки. Crдо 4%, Mo, V,W – 1-2%. Количествокарбидной фазы10-15%.

Основныестали: 8Х4В2М2Ф2,8Х4В3М3С.

Термообработка:высокотемпературнаязакалка 1050-1100є С+ трехкратныйотпуск 550-560є С(чтобы убратьостаточныйаустенит).

Сталис высокой ударнойвязкостью.

Сталидля инструментагорячей штамповки.При горячейобработкедавлениемзаготовкапредварительнонагреваетсяв печи до рабочейтемпературы,затем перемещаетсяв штамп, гдепроисходитее деформирование.

Условияработы инструментагорячегодеформированияочень тяжелые.Переменныеударные нагрузкисочетаютсяс изменениемтемпературыповерхности.Во время деформированиягорячей заготовки поверхностьинструментаразогревается, затем послеудаления штамповкиповерхностьохлаждается.Изменениетемпературыповерхностиведет то красширению,то к сжатию. Врезультатена поверхностипоявляютсямикротрещины.С течениемвремени ониувеличиваютсяи могут привестик выкрашиваниюповерхности.Это явлениеназываетсятермическойусталостьюили разгаром.Скольжениегорячего металлапо поверхностиштампа происходитс большой скоростью.В результатеповерхностьштампа сильноразогревается.Это ведет котпуску металла,снижению твердостии быстромуизносу. Резкиеударные нагрузкивызывают повышениедавления внутриштампа. Этоможет вызватьпоявлениеусталостныхтрещин. Особенночасто они появляютсяв местах с малымрадиусом закругления.Такие условияработы штамповтребуют отсталей, из которыхони изготовляются,своего комплексасвойств:

1. Теплостойкость.

2. Необходимаяударная вязкость.

3. Высокаяразгаростойкость.

4. Прокаливаемость.

5. Окалиностойкость.

6. Твердостьи износостойкость.

7. Стойкостьпротив налипания.

Сталигорячей штамповкиделят на 3 группы:

1. Сталис повышеннойвязкостью.

2. Сталис повышеннойтеплостойкостьюи средней вязкостью.

3. Сталис высокойтеплостойкостью.

.

1. Сталис повышеннойвязкостью.

Этистали предназначеныдля изготовлениямолотовыхштампов.

Основныестали: 5ХНМ; 5ХГМ;5ХВН.

Чтобыобеспечитьвысокую вязкостьсодержаниеуглерода должнобыть меньше0,5%, должны бытьлегирующиеэлементы: Mn,Ni, Mo.

Термообработкадолжна обеспечиватьмаксимальнуювязкость: закалка920-950є С + отпуск500-550є С. прокаливаемость300-500 мм (более 500 ммобеспечиваетсталь 5Х2МН7 послезакалки 980-1020є С).

2. Сталис повышеннойтеплостойкостьюи средней вязкостью.

Данныестали предназначеныдля изготовленияштампов, работающихна гидравлическихпрессах. Давлениев штампе 2000-2500 мПа.

Требуютсяследующиесвойства:

1. Высокаятеплостойкость.

2. Высокаявязкость.

3.

Основныестали: 4Х5МФС,4Х4ВМФС, 4Х5В2ФС.

Термообработка:закалка 880-1050є С+ высокий отпуск550-650є С.

3. Сталис высокойтеплостойкостью.

Данныестали предназначеныдля штамповкижаропрочных,коррозионностойкихтитановыхсплавов.

Основнаясталь: 3Х2В8Ф.

Повышениястойкостиповерхностипосле горячейштамповки можнодостичь методомХТО (азотирование,хромирование,насыщениеповерхностибором).

Сталидля волковпрокатныхстанов делятсяна две группы:

1. Сталидля волковхолодной прокатки.

2. Сталидля волковгорячей прокатки.

1. Сталидля волковхолодной прокатки.

Данныестали должныобладать высокойтвердостью,износостойкостью,хорошей прокаливаемостью,необходимымзапасом вязкости,хорошей полируемостью.

ш 200 мм– стали 9Х, 9ХФ,9ХВФС.

ш 200-400 мм– сталь 9Х2Ф.

ш 400-600 мм– сталь 60ХВС.

2. Сталидля волковгорячей прокатки.

Данныестали должныобладать высокойтеплостойкостью,вязкостью.

Термообработка:закалка + высокийотпуск.

Сталидля измерительногоинструмента.

Требованияпредъявляемыек сталям:

1. Размернаястабильность

2. Высокаяизносостойкость.

3. Высокаятвердость.

4. Высокаяшлифуемость,полируемость.

Коррозионностойкиестали

Коррозиейназывают разрушениеметалла поддействиемхимическогоили электрохимическоговоздействияпод действиемокружаемойсреды. Основныефакторы воздействиякоррозии и еевлияние наэкономику:

1. Экономическийфактор – экономическиепотери промышленностив результатекоррозии.

2. Надежностьэксплуатацииобъектов илимашин.

3. Экологическийфактор.

Видыкоррозии:

1. Равномерная(поверхностная).

2. Местная(точечная).

3. Межкристаллитная(по границамзерен).

4. Коррозияпод напряжением(ножевая).

5. Электрохимическаякоррозия.

Межкристаллитнаякоррозия (МКК).

Железоне являетсякоррозионностойкимметаллом. Чистоежелезо активновзаимодействуетсо всеми элементами.Повыситькоррозионностойкостьможно введениемлегирующихэлементов,которые вызываютего пассивацию.Пассивация– эффект созданияна поверхностистальной деталитонкой защитнойпленки, подслоемкоторой являетсякислород. Результат– электронныйпотенциалстановитсяположительными поверхностьстановитсяменее склоннойк коррозии.УсиливаютпассивациюCr, Ni, Cu, Mo, Pt, Pd. Особенносильно влияетCr.

Химическийсостав: Cr13-30%, Ni 4-25%, Moдо 5%, Cu до 1%. Взависимостиот содержаниялегирующихэлементовструктура исвойства сталеймогут бытьразличными.Если стальсодержит восновном Cr,который стабилизируетферрит, то стальбудет ферритной(низкая твердость,низкая прочность,высокая пластичность).Если стальсодержит в себекроме Cr C,то ее структурабудет мартенситной.Зная структурустали, можнопрогнозироватьее свойстваи назначатьрежимы термообработки.Для определения,к какому структурномуклассу относитсясталь, разработанадиаграммаШеффлера.

Экв.Ni = %Ni + 30(%C) + 0,5(%Mn).

Экв.Cr = %Cr + %Mo + 1,5(%Si) + 0,5(%Nb).

Crповышает коррозионнуюстойкостьтолько в томслучае, когдаего количествов растворепревышает 13%.Если количествоCr не слишкомвысоко и приэтом стальсодержит многоуглерода, топроисходитвзаимодействиеCr и С с образованиемкарбидов. Особенноэнергичнообразованиекарбидов наблюдаетсяна границахзерен. При этомколичествоCr в твердомрастворе снижается.И если Crменее 13%, то границызерен становятсянезащищенными.В результатекоррозия легкоможет пересылатьсяпо границам,не затрагиваяцентров зерен.Если скоростьохлаждениявелика, то карбидыпо границамзерен образовыватьсяне успевают.КоличествоCr не снижаетсяменьше 13%. Еслискорость охлажденияочень мала, топри этом сначалаобразуютсякарбиды пограницам зерен.При этом количествоCr снижается,но за счет диффузиииз центра зернапроисходитувеличениесодержанияCr и стойкостьвосстанавливается.Если охлаждениеидет такимобразом, чтосодержаниеCr на границахне успеваетувеличитьсяи остаетсяменьше 13%, то такаясталь склоннак межкристаллитнойкоррозии. Чтобысделать стальнечувствительнойк межкристаллитнойкоррозии, нужно:

1. Понизитьсодержаниеуглерода иазота.

2. Вводитьв сталь другиекарбидообразующиеэлементы болеесильные, чемCr (Ti, Nb).

3. Увеличитьскорость охлажденияпри термообработке.

4. Делатьотжиг.

Хромистыенержавеющиестали.

Хромистыенержавеющиестали являютсясамыми дешевымии поэтому самымираспространенными.МинимальноесодержаниеCr 13%. При содержанииCr больше13% стабилизируетсяα – фаза (феррит)и никаких полиморфныхпревращенийв таких сталяхне происходит.Нагрев вызываеттолько увеличениезерна. Длительнаявыдержка притемпературеоколо 600-650є С вызываетпоявление всталях интерметаллиднойфазы. Образованиетакой фазысильно охрупчиваетсталь, поэтомуявляетсянежелательной.Медленноеохлаждениеили длительнаявыдержка при500є С вызываетобразованиеупорядоченноготвердого раствора,что также вызываетхрупкостьстали. Такуюхрупкостьназывают 475єнойхрупкостью.Увеличениетемпературывыше 1000є С вызываетбурный ростзерна и какследствиеснижение вязкости,т.е. сталь тожестановитсяхрупкой. Поэтомупри всех вариантахизготовлениядеталей из этихсталей и ихтермообработкинеобходимоизбегатьтемпературныхинтервалов,при которыхвозможно охрупчиваниеи потеря вязкости.

Термообработкахромистыхсталей.

Термообработкасталей в зависимостиот необходимостиможет бытьсмягчающей,т.е. отжиг илиупрочняющей,т.е. закалка +отпуск. Отжигпроводитсялибо для устраненияхрупкости, либодля снятиянаклепа, либодля стабилизациихимическогосостава и устранениясклонностистали к межкристаллитнойкоррозии. Дляустраненияхрупкости,вызваннойпоявлениемупорядоченноготвердого раствора,применяют отжигс нагревом500-550є С. Время выдержкидолжно бытьменьше, чемτ_minприпоявлениихрупкости 475є.Скорость охлаждения10є С в минуту.Для устранениянаклепа, а также σ-фазы применяютвторой вариантотжига с температурой850-900є С. Скоростьохлаждения10є С в минуту.Третий вариантотжига применяетсядля массивныхдеталей, когдатребуетсястабилизироватьсодержаниеCr по сечениюдетали, чтобыизбежать склонностистали к межкристаллитнойкоррозии. Выдержкаот 2 до 4 часов.Для хромистыхсталей мартенситногокласса применяютупрочняющуютермообработку:закалка + отпуск.Возможно применениеодной закалкибез отпуска,если детальнебольшихразмеров илиохлаждениеидет на воздухе.Для хромистыхсталей мартенситногокласса охлаждениев любом случаедает мартенситнуюструктуру.Поэтому применениеохлаждающихсред (вода, масло)не требуется.Лишь охлаждениепечью вызываетферритно-карбиднуюструктуру.Такой же структурыможно добитьсяпосле закалкии отпуска притемпературе650є С.

Наибольшаятвердостьдостигаетсяпосле закалки.В этом состояниисталь обладаетнаивысшейкоррозионнойстойкостью,т.к. Cr находитсяв твердом растворе.Если требуетсясохранитьтвердость икоррозионнуюстойкость, тоотпуск сталипроводят притемпературе250-350є С. А если требуетсяповышеннаявязкость, топроводят высокийотпуск (650є С).

Состав,структура исвойства хромистыхсталей.

Основныелегирующиеэлементы:

1. Cr– 13-28%.

2. С –0,05-1%.

3. Ti,Nb

4. Ni,Cu, Mo –вводятся дляповышениякоррозионнойстойкости ивязкости.

Хромистыестали делятна:

1. Cr 13%.

2. Cr 17%.

3. Cr 25-27%.

Увеличениесодержанияуглерода вызываетв хромистыхсталях мартенситноепревращение,так же появлениекарбидов. Чембольше карбидови С, тем

По содержаниюуглерода сталиделят на:

1. Сталиферритногокласса (08Х13, 08Х17,05Х27).

2. Сталиферритно-мартенситногокласса (12Х13).

3. Сталимартенситногокласса (20Х13, 30Х13,40Х13).

4. Сталис мартенситом+ карбиды (65Х16,95Х18Ш).

В зависимостиот структурыстали изменяютсяее свойстваи назначение.Стали ферритногокласса из всеххромистыхотличаютсянаилучшейпластичностью.Из них изготавливаютлисты и другиеполуфабрикатыдля изготовлениядеталей с применениемсварки. Из всеххромистых сталиферритногокласса хорошоподдаютсясварке. Прииспользованиистали следуетпомнить, чтоона можетохрупчиватьсяпри медленномохлаждении,а так же приувеличениизерна. Поэтомув эти сталидобавляют Tiи Nb, которыеобразуют карбиды.Такие сталиназываютстабилизированными.Для сталейферритногокласса применяютотжиг в разныхвариантах –1, 2, иногда 3.

Сталимартенситногокласса отличаютсявысокой твердостьюи прочностью,поэтому ихиспользуютдля изготовлениядеталей, которыедолжны сохранятьвысокую прочностьи твердостьпри работе вагрессивныхсредах. Длятаких сталейпроводят закалку+ низкий отпуск.

Сталисо структуроймартенсит +карбиды имеютбольшое количествокарбидов хрома.Они используютсядля изготовлениядеталей, которыеработают вагрессивныхсредах притемпературеот –150 до +250є С.Твердость 57HRC. Термообработка:закалка (1000-1150є С– воздух) + отжиг(250-350є С).

Хромоникелевыестали.

Еслисталь кромеCr содержитеще Ni, Mn,Mo, то ее структураиз ферритнойможет изменитьсяна ферритно-аустенитнуюили даже начистую аустенитную.Т.е. после охлажденияна воздухесталь сохраняетаустенитнуюструктуру,которая неменяется нипри каких вариантахтермообработки.При содержанииNi>10% стальстановитсяаустенитной.Аустенит позволяетполучить нетолько коррозионнуюстойкость, нотак же и высокиетехническиесвойства. Стальхорошо поддаетсяобработкедавлением,сварке, сохраняетсвойства до600-700є С, не охрупчивается,не чувствительнак хладноломкости,но сталь склоннак межкристаллитнойкоррозии и ееневозможноупрочнятьзакалкой.Термообработка:закалка + отжиг.

И послезакалки и послеотжига структураодинаковая,одинаковыеи свойства.Закалке подвергаюттонкостенныеизделия простойформы и небольшогоразмера. Температураи закалки, иотжига одинаковаи зависит отсостава стали.Если стальсодержит толькоCr, Ni, тотемпературане должна превышать950-1000є С. Увеличениетемпературывызывает резкийрост зерна иснижениехарактеристик.Охлаждениепри закалкедолжно бытьтаким, чтобыне попасть вобласть выделениякарбидов Cr.Уменьшениястоимостихромоникелевыхсталей можнодобиться, есливместо Niвводить Mn.

Длятого, чтобыстабилизироватьструктуру,необходимо,чтобы Cr15%. Еслиусловие невыполняется,то мы получаемсталь с неустойчивымструктурнымсостоянием.Для получениястабильнойаустенитнойструктуры Niзаменяют частично(10Х14Г14Н4Т, 20Х13Н4Г9).Термообработкапринципиальноне отличаетсяот термообработкихромоникелевыхсталей. Такойнедостатокхромоникелевыхсталей, каксклонностьк росту зерна,можно устранить,используя длясварных деталейстали ферритно-аустенитногокласса (15Х22Н5М5Т)или аустенитно-мартенситногокласса (08Х15Н5Д2Т).Стали аустенитно-мартенситногокласса обладаютповышеннойтвердостью.Чисто аустенитныестали склоннык коррозии поднапряжением.Даже самыелучшие аустенитныестали оказываютсянедостаточностойкими приконтакте скислотами.Поэтому разработаныкоррозионно-стойкиесплавы:

Fe –Ni – Cr (04ХН40МДТЮ).

Ni– Cr (ХН45В).

Ni– Mo (Н70МФ).

Cr –Ni – Mo (ХН65МВ).

Жаростойкиестали и сплавы(ЖСС).

Поджаростойкостьюпонимают способностьстали сопротивлятьсяокислению привысоких температурах.

.

Принагреваниижелеза выше700є С основнымокислом на егоповерхностиявляется FeO.Кристаллическаярешетка этогоокисла неплотнаяи содержитбольшое количествовакансий. Повакансиямпроисходитдиффузия

Дляповышенияжаростойкостив сталь добавляютлегирующиеэлементы, которыевходят в составокислов FeO,располагаютсяв вакансияхи делают окиселболее плотным.Если количестволегирующихэлементоввелико, то ониобразуют двойныеокислы (FeCr₂O₄,FeAlO₄). Еслилегирующихэлементовмного, то онимогут образовыватьсвои собственныеокислы. Жаростойкиестали и сплавыделятся наферритные,мартенситныеи аустенитные.

Жаростойкиестали ферритногокласса (сильхромы).

Данныестали обладаютвысокой твердостью,прочностью,сопротивлениемударным нагрузкам,износостойкостью.Они предназначеныдля длительнойработы с постояннымвоздействиемударных нагрузок.Основные стали:40Х6С (800є С), 40Х7С6М(850є С), 40Х9С2 (900є С), 40Х10С2М(950є С), 30Х13Н7СМ (1100єС).

Термообработка:закалка + высокийотпуск.

Жаростойкиестали аустенитногокласса.

Основныестали: 08Х18Н10Т(700є С), 08Х22Н20С2 (1100є С),08Х28Н20 (1100-1150є С). Еслитребуетсядостичь температур1100-1200є С, то используютнихромы (Ni-Cr):ХН80, ХН78Т.

Жаропрочностьсталей и сплавов.

Поджаропрочностьюпонимают способностьметалла сопротивлятьсянагрузкам приповышенныхтемпературах.Жаропрочностьоцениваетсядвумя показателями:

1. Пределдлительнойпрочности, т.е.способностьметалла безразрушениявыдерживатьнагрузки призаданной температуре.

такаязапись показывает,что данныйсплав гарантированнобез разрушенияв течение 100 часовпри температуре700є С выдерживаетнагрузку 50 мПа.

2. Пределползучести.

Пределползучестипоказывает,что данныйметалл илисплав при температуре750є С под нагрузкой100 мПа в течение1000 часов изменитсвои размерыне более, чем0,1%. Основноймеханизм пластическойдеформациипри высокихтемпературах– это диффузионнаяпластичность,т.е. последовательноеперемещениеатомов кристаллическойрешетки в направленииприкладываемойнагрузки. Наиболееэнергичнодиффузия развиваетсяпри наличиидефектовкристаллическойрешетки (точечных,линейных иповерхностных).Наибольшийвклад в этотпроцесс вносятповерхностныедефекты, особеннограницы зерен.При повышениитемпературысилы связимежду атомамиослабевают,поэтому наблюдаетсяпроскальзываниеотдельных зерендруг относительнодруга, т.к. именнона границахзерен наблюдаетсябольшое количестворазорванныхсвязей. То естьпрочностьграниц привысоких температурахменьше, чемсамих зерен.Поэтому в жаропрочныхматериалахвсегда добиваютсяразнозернистойструктуры илидаже монокристаллической.Затруднитьпроцесс ползучестиможно так жеблокируя перемещениядислокаций.Для этого необходимовводить в сплавспециальныелегирующиеэлементы, которыеобразуют наплоскостяхскольжениякарбидные иинтерметаллидныефазы. Дислокации,натыкаясь наэти фазы, тормозятся.Чем мельче этифазы и чем ихбольше, теминтенсивнеепроцесс торможенияи тем вышесопротивлениеползучести.Наиболее сильнопроявляетсяползучестьпри увеличениитемпературывыше температурырекристаллизации металла – основысплава. Дляповышениятемпературыначала рекристаллизациивводят легирующиеэлементы, которыеповышают порогрекристаллизации.

1. Дляполученияжаропрочногометалла необходимовыбирать вкачестве металла– основы сплаватакие, у которыхсилы связимежду атомамимаксимальны,т.е. металлы,обладающиенаиболее высокойтемпературойплавления(Mg-651є С, Al-660єС, Ni-1442є С, Fe-1533єС, Ti-1668є С, Co-1830єС, Mo-2100є С, W-3430єС). При выбореметалла – основыдля жаропрочныхсплавов необходимоучитыватьналичие в данномметалле полиморфныхпревращений.Т.к. смена кристаллическойрешетки приполиморфномпревращенииприводит кразупрочнениюметалла и кпотере всехмеханическихсвойств. Полиморфноепревращениезатрудняетсозданиевысокожаропрочныхсплавов на базеFe или Ti.

2. Легирующиеэлементы. Длясоздания жаропрочныхсплавов необходимовводить легирующиеэлементы, которыеувеличиваютсилы связи вкристаллическойрешетке. А во-вторых,образуют всплаве интерметаллидыи карбиды,препятствующиеперемещениюдислокаций.Одновременнос введениемлегирующихэлементовнеобходимообеспечиватьчистоту сплаваот вредныхпримесей. Вреднымисчитаютсялегкоплавкиепримеси, а также любые другиеэлементы, вызывающиехрупкость.

3. Структура.Чтобы получитьнеобходимуюрабочую структурудля жаропрочныхматериалов,разработанысоответствующиережимы термообработки.Для получениякрупнозернистойструктуры,применяютвысокотемпературныйнагрев и длительнуювыдержку. Приэтом в растворпереходитбольшая частьлегирующихэлементов.Охлаждениепроводитсяочень быстро(на воздухе илив воде) для фиксациипересыщенноготвердого раствора.После закалкиделаетсявысокотемпературноестарение.

Классификацияжаропрочныхсплавов.

Основныетребования:

1. Максимальновысокий пределдлительнойпрочности.

2. Минимальнаяползучестьв рабочем интервалетемператур.

3. Высокоесопротивлениеусталости,нечувствительностьк концентраторамнапряжений.

4. Максимальновозможноесопротивлениегазовой коррозии.

5. Удовлетворительныетехнологическиесвойства(обрабатываемостьдавлением,литейные свойства,свариваемость).

1). 150-250є С– сплавы наоснове Mg.

2). 250-350є С– сплавы наоснове Al.

3). 350-450є С– сплавы наоснове Ti.

4). 450-600є С– теплоустойчивыестали.

а) до500є С – котельныестали (15К, 18К, 20К).

б) до550є С – 12ХМ, 12Х1МФ,25Х1МФ.

в) до600є С – 15Х5, 15Х5ВФ,14Х12В2Ф.

Основноетребованиедля теплоустойчивыхсталей – длительнаябезаварийнаяработа (100000 – 300000часов).

Термообработка:закалка + высокийотпуск (t_отп> t_раб).

5). 600-700є С– аустенитныестали на основе γ-Fe.

а) 10Х18Н14Т– гомогенныестали (не упрочняемыетермообработкой).Применяетсязакалка (дляполученияоднороднойаустенитнойструктуры).Иначе такаятермообработканазываетсяаустенизацией.

б) 40ХН14В2М– тяжело нагруженныедетали. Применяетсязакалка + отпуск.В процессеотпуска выделяютсякарбиды пограницам зерен,что позволяетупрочнятьсплавы.

в) 10Х11Н20Т3Р– карбидно –интерметаллидноеупрочнение.Применяетсязакалка + старение.Закалка позволяетполучить насыщенныйтвердый раствор.Старение позволяетполучить выделениекарбидов иинтерметаллидов.

6). 700-800є С– сплавы наобнове Fe-Ni.ХН32Т, ХН35ВТЮ.

7). 800-900є С– сплавы наоснове Ni.ХН77ТЮР, ХН72МБТЮ.

Термообработка:высокотемпературнаязакалка 1130-1170є С+ старение 700-750єС. После выделениякарбидной фазыпроводят нескольконизкотемпературныхстарений 500-550єС.

8). до 1000єС – литейныесплавы. ЖС3, ЖС6,ВЖЛ14, ВЖЛ32.

Цветныесплавы.

Alи его сплавы.

Сплавыделят на двегруппы. Алюминиевыесплавы принятоклассифицироватьпо технологическомупризнаку, базируясьна диаграммесостояния.Алюминий совсеми легирующимиэлементамиобразует диаграммысостояния сэвтектикой.Если в сплавеобразуетсяэвтектика, тоона располагаетсяпо границамзерен, препятствуяпластическойдеформации.Чем большеэвтектики, темвыше литейныесвойства. Всесплавы, содержащиев составе эвтектику,называют литейнымисплавами. Сплавы,в которых эвтектикане образуется,хорошо поддаютсяпластическойдеформации,поэтому называютсядеформируемымисплавами. Поотношению ктермообработкевсе алюминиевыесплавы приняторазделять наупрочняемыеи не упрочняемые.Упрочнятьалюминиевыесплавы можнотолько за счетзакалки безполиморфногопревращения,т.е. за счетограниченнойрастворимостилегирующихэлементов втвердом растворе.Поэтому всесплавы, лежащиелевее линиисольвус, считаютсяне упрочняемымитермообработкой,т.к. при нагревеи охлажденииникаких фазовыхпревращенийне происходит.Сплавы, лежащиеправее линиисольвус, имеютограниченнуюрастворимостьлегирующихэлементов. Впроцессе нагревавторичные фазырастворяются,а при охлажденииснова выделяются.Используя этофазовое превращение,можно упрочнятьтакие сплавыза счет закалкии старения,поэтому такиесплавы называютупрочняемыми.Упрочнятьтермообработкойможно какдеформируемые,так и литейныестали. В некоторыхсплавах количестволегирующихэлементовневелико, поэтомуэффект упрочненияот выделениявторичных фазтак же невелик.Такие сплавытак же считаютсяне упрочняемымитермообработкой(АМц, АМг).

Термообработкаалюминиевыхсплавов.

Алюминиевыесплавы подвергаютсяотжигу дляполученияравновеснойструктуры, атак же закалкеи старению сцелью упрочнения.

Отжигалюминиевыхсплавов. Дляалюминиевыхсплавов проводятотжиг на рекристаллизацию,гомогенизациюи для снятиявнутреннихнапряжений.

Гомогенизацияалюминиевыхсплавов.

Алюминиевыесплавы отливаютв виде слитковс применениемспециальныхкристаллизаторов,охлаждаемыхводой. Ускоренноеохлаждениеслитка ведетк появлениюнеравновеснойструктуры, т.е.по сечениюслитка наблюдаетсядендритнаяликвация, обратнаязональнаяликвация, наличиенеравновеснойэвтектики пограницам зерен,выделениекрупных интерметаллидов,микропоры.Такая неравновеснаяструктура необеспечиваетвысокой пластичности,и поэтому всеслитки послекристаллизацииподвергаютвысокотемпературномуотжигу – гомогенизации.Температураотжига можетбыть либо выше,либо ниже температурынеравновесногосолидуса. Притаком отжигевысокая температуранагрева активизируетпроцессы диффузии,что позволяетвыровнятьхимическийсостав по сечениюслитка, т.е.устранитьдендритнуюликвацию.Одновременнос этим происходитрастворениекрупных частицинтерметаллидныхфаз. Исчезаюттакже выделениянеравновеснойэвтектики пограницам зерен.Если гомогенизациюпроводитсяпо режиму, когдатемпературанагрева вышенеравновесногосолидуса, тонагрев сопровождаетсяместным расплавлением,т.е. образуетсяжидкость междузернами в местахпоявлениянеравновеснойэвтектики.Диффузия вприсутствиижидкой фазыидет оченьбыстро, поэтомугомогенизацияпри такой температурепроходит быстрее.После выравниванияхимическогосостава неравновесныефазы исчезают,устраняетсяи жидкая фаза.Слиток охлаждается.

Отжигна рекристаллизацию.

Применяетсядля алюминиевыхполуфабрикатовпосле холоднойдеформациидля снятиянаклепа. Алюминиевыесплавы легкоподдаются всемвидам ОМД. Какправило, слитокпервоначальноподвергаютгорячей деформации(происходитуплотнениеметалла: заваркавсех пор, разбиваютсяи измельчаютсяинтерметаллидныефазы). Горячаядеформация,как правило,не позволяетполучить точныхразмеров, необеспечиваетсявысокое качествоповерхности.Поэтому послегорячей деформациипроводитсяхолодная деформация,которая обеспечиваетвысокую точностьи качествоповерхности.Однако возникающийнаклеп увеличиваетпрочность ижесткостьметалла. Дляустранениянаклепа применяютрекристаллизационныйотжиг. В процессерекристаллизационногоотжига за счетпроцессовпервичной исобирательнойрекристаллизациипроисходитзамена старыхдеформированныхзерен на новые.Наклеп исчезаети металл сноваможно подвергатьпластическойдеформации.Разновидностьюотжига нарекристаллизациюявляется отжигна полигонизацию.Он проходитпри температуре,которая нижетемпературыотжига нарекристаллизацию.Во время этогоотжига не происходитзамены структуры,и снятие наклепаосуществляетсячастично засчет перераспределениядислокаций.После такогоотжига металлсохраняет частьнаклепа и имеетполутвердоесостояние.Такой вид отжигаприменяют длясплавов, которыене упрочняютсязакалкой, т.е.увеличитьпрочность можноза счет частичногоили полногосохранениянаклепа.

Отжигдля снятиявнутреннихнапряжений.

Применяетсядля готовыхизделий, полученныхс применениемсварки илинеоднороднойпластическойдеформации.Внутренниенапряженияв деталях, какправило, нежелательны,т.к. могут привестик короблениюили преждевременномуразрушению.Поэтому такиедетали отжигают.Снятие внутреннихнапряженийпроисходитза счет процессоввозврата, т.е.перераспределенияточечных илинейных дефектов.Отжиг для снятиявнутреннихнапряженийне следуетпутать с отжигомна возврат.Этот терминприменяетсяна заводах дляотжига, которыйиспользуетсядля устраненияв деталях закаленногосостояния.

Упрочняющаятермообработкаалюминиевыхсплавов.

Упрочнениеалюминиевыхсплавов возможноза счет закалкибез полиморфногопревращенияпри наличиив сплаве ограниченнойрастворимостилегирующихэлементов. Дляполученияэффекта закалкиалюминиевыесплавы нагреваютдо температурывыше линиисолидус. Выдержкадолжна бытьтакой, чтобыобеспечитьполное растворениевсех вторичныхфаз. После закалкиполучаетсяпересыщенныйтвердый раствор.Охлаждениедолжно вестисьинтенсивно.Пересыщенныйтвердый растворявляется нестойкими в течениевремени начинаетраспадаться.Процесс распаданазываетсястарением.Процесс распадатвердого раствораможно разбитьна 4 стадии:

1. Вкристаллическойрешетке твердогораствора появляютсязоны, обогащенныелегирующимиэлементами.Они представляютобласти дискообразнойформы.

2. Зоныувеличиваютсяв 10 раз, а концентрациялегирующихэлементовстановитсятакой же, каки в интерметаллидах.Эти зоны называютсязонами Гинье-Престона(ГП).

3. На местеэтих зон образуютсяθ’ – фазы. В зонах,обогащенныхмедью, образуетсякристаллическаярешетка промежуточнаямежду твердымраствором иупрочняющейфазой.

4. Образуетсяθ – фаза.

Механическиесвойства впроцессе старенияна разных стадияхменяются по-разному.1, 2 и 3 стадиясопровождаетсяувеличениемпрочности,твердости иодновременнымснижениемпластичности.Это объясняетсятем, что в процессераспада твердогораствора происходитискажениекристаллическойрешетки, т.е.сопротивлениеперемещениюдислокацийувеличивается.На 4 стадиипроисходитотделениевторичной фазыот твердогораствора, появляетсяграница раздела.Искажениекристаллическойрешетки становитсяменьше, прочностьи твердостьпадает. Поэтому4 фазу называютперестариванием.Если требуютсявысокие прочностьи твердость,то старениеоканчиваютна 3 стадии.Увеличениетемпературыстарения невызывает повышениятвердости, алишь ускоряетпроцесс распадатвердого раствора.

Следуетучитывать, чтонекоторыесплавы, особенносложнолегированные,не достигаютмаксимальногоупрочненияпри естественномстарении. Поэтомудля полученияоптимальныхсвойств требуетсяподбор оптимальныхтемператур.Чрезмерноеувеличениетемпературыстарения вызываеткоагуляциювторичной фазы,т.е. увеличениеее размерови одновременноуменьшениеколичестваее выделений.Чем выше температура,тем меньшетвердость ипрочность, темближе свойствак исходномуотожженномусостоянию.Чтобы снятьэффект упрочненияот закалкинеобходимоприменить отжигс нагревом дотемператур,близких к температурезакалки, но споследующиммедленнымохлаждением.Такой отжигназывают отжигомна возврат.

Термомеханическаяобработкаалюминиевыхсплавов.

Дляалюминиевыхсплавов можноприменятьпрактическивсе виды т.м.о.Однако чащевсего применяютвысокотемпературнуют.м.о. и низкотемпературнуют.м.о.

ВТМО.

Представляетсобой сочетаниеупрочняющейтермообработкии горячейпластическойдеформации.Горячая деформацияпроводитсяпосле нагревапод закалку,а резкое охлаждениепроводитсясразу последеформации.Деформацияпозволяетповысить прочностьза счет увеличенияплотностидефектовкристаллическойрешетки, т.е.за счет созданиянаклепа. Степеньдеформациидолжна бытьтакой, чтобыне вызватьначало рекристаллизации,т.е. при температуредеформациипроходит толькодинамическаярекристаллизация.В результатев металле образуетсясетка дислокаций,создающаяячеистую субзереннуюструктуру. Этопозволяет нетолько повыситьпрочность, нои сохранитьвысокую пластичностьи вязкость.Резкое охлаждениефиксирует этуструктуру.Последующеестарение ведетк распадупересыщенноготвердого раствора,а выделяющиесячастицы вторичныхфаз располагаютсявдоль сеткидислокаций,препятствуяих перемещениюи способствуяувеличениюпрочности.Условием дляуспешногопроведениянтмо являетсяусловие: Трек> Тзак. Если этоусловие невыполняется,то наклеп,образующийсяпри деформации,будет снят засчет рекристаллизации.В этом случаенеобходимоизменить схемупроцесса. Деформацияпроводитсяне сразу посленагрева, а послевыдержки инебольшогоподстуживаниядо температурыниже температурырекристаллизации.Технологическивтмо проводятпри горячейпрокатке илигорячем прессовании.В этом случаеоборудованиепозволяет занебольшойпромежутоквремени продеформироватьметалл с достаточнобольшой величинойдеформации.И сразу послеэтого естьвозможностьбыстрого охлаждения.Впервые втмобыла обнаруженаслучайно пригорячем прессованиисплавов системыAl – Mg –Si. В настоящеевремя применяютструктурноеупрочнение.Способствуетпоявлению пресс– эффектагомогенизациясплавов, а также введениетруднорастворимыхлегирующихэлементов (Ti,Zr, Sc).

НТМО.

При нтмохолодная деформацияпроводитсясразу послезакалки доначала старения.Закаленныйсплав имеетструктурупересыщенноготвердого раствора.И несмотря наувеличениепрочностисохраняетвысокую пластичность,поэтому послезакалки егоможно подвергатьхолодномудеформированиюсо степенью15-20%. Возникающийнаклеп позволяетувеличитьпрочность засчет увеличениядефектовкристаллическогостроения. Припоследующемстарении выделениевторичных фазблокируетдефекты , увеличиваясопротивлениедеформации,повышая темсамым прочность.Холодная деформацияпроводитсякак на прокатномстане, так ирастяжением.Растяжениепозволяетодновременновыправитьискажение формыполуфабрикатов,полученнуюпри закалке.

Сплавыалюминия.

Алюминийпроизводитсякак химическичистый, так итехническичистый.

Химическичистый обозначаетсяА. Далее идутцифры, показывающиеего чистоту

Техническичистый алюминиймаркируетсяА. Далее идетцифра, показывающаясодержаниеалюминия.

Деформируемыйалюминий.

АД

Основнымилегирующимиэлементами,которые вводятв состав сплава,являются Si,Cu, Mg, Mn,Zn, Li. Ихколичествоможет изменятьсяот 0,5 до 12%. Кромеэтих элементовв качествемикродобавокмогут вводитьTi, Cr, Fe,Zr, Sc. Вкачестве маркировкииспользуют3 схемы:

1. Деформируемыйалюминий.

АМц(N) – Al – Mn.

АМg(N) – Al – Mg.

АВ,АД – Al – Mg –Si.

Д1,Д16 – Al – Cu – Mg.

Литейныйалюминий.

АЛ (N).

2. Цифроваясхема длядеформируемыхсплавов.

Всего4 цифры:

1 цифра– основа (Al– 1)

2 цифра– система легирования(0 – чистый алюминий,1 – Al – Cu– Mg, 2 – Al– Cu – Mn,3 – Al – Mg– Si, 4 – Al– Mg, 5 – Al– Mg, 9 – Al– Zn – Mg).

3 и 4 цифра– номер сплава.

3. Литейныесплавы.

Аналогичнамаркировкестали.

А – Al(основа).

2 место– легирующиеэлементы:

К – Si,М – Cu, Мг –Mg, Мц – Mn,Н – Ni, Ц – Zn.

Послекаждой буквы,соответствующейлегирующемуэлементу, стоитцифра, показывающаяего содержаниев целых процентах.Если цифры нет,то количестволегирующегоэлемента равно1%.

В зависимостиот технологиипроизводствавыпускаютсяполуфабрикатыиз алюминиевыхсплавов послеразличныхвариантовтермообработки.В этом случаек основноймаркировкев конце добавляютсябуквы и цифры,показывающиесостояниепоставки:

А –плакировка.

Б –технологическаяплакировка.

М –отожженный.

П –полунагартованный.

Н –нагартованный.

Т – твердый(закалка + естественноестарение).

Т1 – закалка+ искусственноестарение.

ТН –закаленный,нагартованныйи естественносостаренный.

Т1Н –закаленный,нагартованныйи искусственносостаренный.

Т1Н1 –закаленный,усиленно нагартовани искусственносостаренный.

Сплавы,не упрочняемые термообработкой.

К этойгруппе относятсятехническийалюминий,деформируемыйалюминий, сплавыAl с Mn(АМц), Al с Mg(АМг).

СплавыAl cMn (АМц).

Mnобразует с Alинтерметаллиднуюфазу AlMn_6,которая даетэвтектику притемпературе658є С при содержанииMn 1,95%. КоличествоMn, котороеможет перейтив твердый раствор,составляет0,5% при 500є С. Несмотряна ограниченнуюрастворимостьMn в Al,эффект от упрочняющейтермообработкинастольконевелик, чтоэти сплавысчитаются неупрочняемымитермообработкой.Mn повышаетпрочность Al,при этом сохраняетсяпластичность,высокая коррозионнаястойкость,свариваемость.Поэтому изэтого сплаваделают листы,ленты для холоднойштамповки.

Термообработка:рекристаллизационныйотжиг 500є С – 1 час.Увеличениетемпературыили временивыдержки можетпривести ккрупнозернистости.Для измельчениязерна вводятTi. Повыситьпрочность можнотолько наклепом.

СплавыAl cMg (АМг).

Mg,растворяясьв Al, сильноувеличиваетего прочность.Каждый процентMg увеличиваетпрочность на30 мПа. Однакопрочностьувеличиваетсяза счет эффектарастворногоупрочнения.Выделениевторичной фазыпосле закалкии старения даетзаметный эффектупрочнениятолько присодержанииMg в сплаве8%. Сплавы дляхолодной деформациисодержат неболее 6% Mg.Эти сплавытакже считаютсяне упрочняемыми.

АМг1 –1,1% Mg.

АМг2 –2,5% Mg.

АМг3 –3,2% Mg.

АМг5 –5,5% Mg.

АМг6 –6,5% Mg.

Первыетри сплаваиспользуютсядля изготовлениялистов обшивки.

АМг5 иАМг6 используютв тяжело нагруженныхдеталях, хорошосвариваются.

Основнойвид термообработки:отжиг 450-470є С,продолжительность0,5-3 часа. СплавыАМг можно упрочнятьдеформацией.

Сплавы,деформируемыеи упрочняемые термообработкой.

СплавыAl – Cu– Mg.

Дюраляминазывают сплавыAl с Cu, ккоторым дополнительнодобавляют Mgи Mn. Упрочняютсяэти сплавы засчет закалкибез полиморфногопревращенияи последующегостарения. Выделениеупрочняющихвторичных фазпозволяетблокироватьдислокациии увеличиватьсопротивлениедеформации.Особенностьютермообработкидюрали являетсяочень узкийинтервал закалочныхтемператур.Если сплавнедогреть, тоне происходитрастворениявторичных фази эффекта закалкине будет. Еслисплав перегреть,то по границамзерен появляетсяжидкая фаза,происходитусадка, образуетсямикропористостьи резко снижаютсяпрочность ипластичность.После нагреваи выдержкиперенос деталейиз печи в закалочныйбак долженпроводитьсяочень быстро(не более 30 сек).Поэтому длязакалки алюминиевыхсплавов строятспециальнуюпечь. Послезакалки проводятстарение. Дляжаропрочныхдюралей применяютискусственноестарение (120-160єС) от 4 до 12 часов.

1. Дюралисредней прочностиД1, Д6.

2. Дюралиповышеннойпрочности Д16.

3. ДюралижаропрочныеД19, ВАД1.

4. ДюралиповышеннойпластичностиД18.

Крупнымнедостаткомявляются плохаякоррозионнаястойкость. Дляповышениякоррозионнойстойкостипроводят плакировку.Стали групп2 и 3 подлежатзакалке иискусственномустарению.

СплавыAl – Si– Mn.

Основныестали группы:АВ, АД31, АД33, АД35.Данные сплавыиспользуютдля изготовленияобшивки самолетов.

Термообработка:закалка 540-560є С(охлаждениена воздухе илив масле) + искусственноестарение 160-180єС. Сплавы относятсяк среднепрочным.

СплавыAl – Zn– Mg – Cu.

Основныестали группы:В93, В95, В96, В96ц.

Химическийсостав: 6-8,5% Zn,2-2,5% Mg, 1-2% Cu.

Сплавыданной группыобладают повышеннойпрочностью.

Термообработка:закалка 450-470є С(охлаждениев кипящей воде)+ искусственноестарение 175є С.Если требуетсямаксимальнаявязкость, тосплав подвергаютперестариванию(Т2). Высокопрочныесплавы используютдля тяжелонагруженныхэлементовкаркаса самолетов.Недостатокданных сплавов– плохая коррозионнаястойкость,хрупкость.

СплавыAl – Cu– Mn.

Основныестали группы:Д20.

Данныесплавы являютсяжаропрочными.

Рабочиетемпературыот –250є С до 250є С.

Упрочняютсятермообработкой,хорошо свариваются,имеют хорошуюкоррозионнуюстойкость.

СплавыAl – Zn– Mg.

Основныестали группы:1915, 1925.

ПониженоколичествоZn. Данныестали разработаныдля заменыАМг6. Стали хорошосвариваются,имеют хорошуюкоррозионнуюстойкость.Упрочняютсятермообработкой(закалка + старение).Сплавы относятсяк среднепрочным.

СплавыАК.

Основныестали группы:АК4, АК41, АК6, АК8,АК10, АК12.

Этисплавы длягорячей штамповки.Сплавы относятсяк группе высокопрочных.Они упрочняютсятермообработкой(закалка + старение),не поддаютсясварке.

ДобавкиFe и Niпозволяютполучить всплаве труднорастворимыеупрочняющиефазы.

Поэтомудетали не теряютпрочности притемпературе300є С. Вместе стем при нормальнойтемпературепрочность ипластичностьменьше, чем удюралей.

СплавыAl – Li – Cu, Al – Li – Mg.

Liимеет хорошуюрастворимостьи упрочняетсплав. ВведениеLi повышаетупругость ижесткостьконструкции.Сплавы имеютплохую технологичностьи сильно окисляются.

Специальныеалюминиевыесплавы.

Основныестали группы:САП1, САП2, САП3.

Послепрокатки получаютлибо листы,либо профили.При этом основасплава – чистыйалюминий. А вкачестве упрочняющейфазы выступаетокись алюминия,в которую покрытычастицы порошка.При горячейдеформацииокисная пленкадробится,измельчаетсяи равномернораспределяетсяпо всему объемуполуфабриката.В процессенагреваниятакая окиснаяпленка нерастворяетсявплоть дорасплавления,что позволяетсохранитьпрочность прирабочих температурахдо 350є С. Эти сплавыявляются самымижаропрочными.При нормальнойтемпературепрочность ипластичностьхуже, чем у дюралей.А максимальнаяжаропрочностьзависит толькоот количестваокислов внутриметалла. Еслив качествеисходных материаловбрать болеемелкий порошок,то объемнаядоля окисловувеличивается,соответственноувеличиваетсясопротивлениедеформации.Поэтому, изменяяразмер порошка,изменяют количествоокислов.

Теориятермообработки.

Термообработкойназываетсятепловое воздействиена металл сцелью направленногоизменения егоструктуры исвойств.

Классификациявидов термообработки:

Отжиг.

Отжигомназываюттермообработку,направленнуюна получениев металлахравновеснойструктуры.Любой отжигвключает в себянагрев доопределеннойтемпературы,выдержку приэтой температуреи последующеемедленноеохлаждение.Цель отжига– уменьшитьвнутренниенапряженияв металле, уменьшитьпрочностныесвойства иувеличитьпластичность.Отжиг делятна отжиг 1 родаи 2 рода.

Отжиг1 рода – это такойвид отжига, прикотором непроисходитструктурныхизменений,связанных сфазовымипревращениями.

Отжиг1 рода в своюочередь разделяютна 4 группы:

1. Гомогенизация– отжиг, направленныйна уменьшениехимическойнеоднородностиметаллов,образующейсяв результатерекристаллизации.В отличие отчистых металлов,все сплавыпосле кристаллизациихарактеризуютсянеравновеснойструктурой,т.е. их химическийсостав являетсяпеременнымкак в пределаходного зерна,так и в пределахвсего слитка.

Химическаянеоднородностьобусловленаразличнойтемпературойплавленияисходных компонентов.Чем меньше эторазличие, темболее заметнахимическаянеоднородность,получающаясяв слитке. Избавитсяот нее невозможно,можно толькоуменьшить. Дляэтого применяютвысокотемпературныйотжиг с длительнымивыдержками(от 2 до 48 часов).При высокойтемпературеподвижностьатомов в кристаллическойрешетке высокаяи с течениемвремени за счетпроцессовдиффузии происходитпостепенноевыравниваниехимическогосостава. Однакоусреднениехимическогосостава происходитв пределаходного зерна,т.е. устраняетсяв основномдендритнаяликвация. Чтобыустранитьзональнуюликвацию (химическуюнеоднородностьв пределахчасти слитка),необходимовыдерживатьслитки приданной температурев течение несколькихлет. А это практическиневозможно.

Впроцессе отжигана гомогенизациюпроисходитпостепенноерастворениенеравновесныхинтерметаллидныхфаз, которыемогут образоватьсяв результатекристаллизациис большой скоростью.При последующеммедленномохлаждениипосле отжигатакие неравновесныефазы большене выделяются.Поэтому послегомогенизацииметалл обладаетповышеннойпластичностьюи легко поддаетсяпластическойдеформации.

2. Рекристаллизационныйотжиг.Холодная пластическаядеформациявызывает изменениеструктурыметалла и егосвойств. Сдвиговаядеформациявызывает увеличениеплотностидефектовкристаллическойрешетки, такихкак вакансии,дислокации.Образование ячеистой структурыпроисходитс изменениемформы зерен,они сплющиваются,вытягиваютсяв направленииглавной деформации.Все эти процессыведут к тому,что прочностьметалла постепенноувеличивается,пластичностьпадает, т.е.возникаетнаклеп илинагартовка.Дальнейшаядеформациятакого металланевозможна,т.к. происходитего разрушение.Для снятияэффекта упрочненияприменяютрекристаллизационныйотжиг, т.е. нагревметалла дотемпературвыше началакристаллизации,выдержку споследующиммедленнымохлаждением.Температуранагрева зависитот составасплава. Длячистых металловтемператураначала рекристаллизацииt_p=0,4Тпл,єК, для обычныхсплавов порядка0,6Тпл, для сложныхтермопрочныхсплавов 0,8Тпл.Продолжительностьтакого отжигазависит отразмеров деталии в среднемсоставляетот 0,5 до 2 часов.В процессерекристаллизационногоотжига происходитобразованиезародышей новыхзерен и последующийрост этих зародышей.Постепенностарые деформированныезерна исчезают.Количестводефектов вкристаллическойрешетке уменьшается,наклеп устраняется,и металл возвращаетсяв исходноесостояние.

Степеньдеформацииопределяетразмер зернапосле отжига.Если она близкак критической(_кр=5-15%),то в результатепосле отжигав металле возникаюткрупные зерна,что обычнонежелательно.Поэтому передрекристаллизационнымотжигом деформациюметаллов производятсо степенью30-60%. В результатеполучаетсямелкозернистаяоднофазнаяструктура,обеспечивающаяхорошее сочетаниепрочности ипластичности.Увеличениестепени деформациидо 80-90% вызываетпоявление вметалле текстурыдеформации.После рекристаллизационногоотжига текстурадеформациименяется натекстурурекристаллизации.Как правило,это сопровождаетсярезким направленнымростом зерна.Увеличениеразмеров зерна,т.е. снижениемеханическихсвойств, можетвызвать такжеслишком большаятемператураотжига илибольшая выдержка.Поэтому приназначениирежимов отжиганеобходимоиспользоватьдиаграммурекристаллизации.

Рекристаллизационныйотжиг можетприменятьсякак предварительная,промежуточная,так и как окончательнаятермообработка.Как предварительнаятермообработкаон применяетсяперед холоднойдеформацией,если исходноесостояниеметалла неравновесноеи имеет какую-тостепень упрочнения.Как промежуточнаяоперациярекристаллизационныйотжиг применяетсямежду операциямихолодной деформации,если суммарнаястепень деформациислишком великаи запасовпластичностиметалла нехватает. Какокончательныйвид отжига егоприменяют втом случае,если потребительтребует поставкиполуфабрикатовв максимальнопластичномсостоянии. Внекоторыхслучаях потребителютребуетсяполуфабрикат,сочетающийопределенныйуровень прочностис необходимымзапасом пластичности.В этом случаевместо рекристаллизационногоотжига используютего разновидность– отжиг наполигонизацию.Отжиг на полигонизациюпроводят притемпературе,которая нижетемпературыначала рекристаллизации.Соответственнопри такой температурепроисходитлишь частичноеустранениенаклепа за счетпроцессоввозврата второгорода, т.е. происходитуменьшениеплотностидефектовкристаллическойрешетки, образованиеячеистойдислокационнойструктуры безизменения формызерен. Степеньуменьшениянаклепа зависит,прежде всего,от температуры.Чем ближе температурак порогу рекристаллизации,тем меньшенаклеп, тембольше пластичностьи наоборот.

3. Отжигдля снятиявнутреннихнапряжений.Внутренниенапряженияв металле могутвозникать врезультатеразличных видовобработки. Этомогут бытьтермическиенапряжения,образовавшиесяв результатенеравномерногонагрева, различнойскорости охлажденияотдельныхчастей деталипосле горячейдеформации,литья, сварки,шлифовки ирезания. Могутбыть структурными,т.е. появившиесяв результатеструктурныхпревращений,происходящихвнутри деталив различныхместах с различнойскоростью.Внутренниенапряженияв металле могутдостигатьбольшой величиныи, складываясьс рабочими,т.е. возникающимипри работе,могут неожиданнопревышатьпредел прочностии приводитьк разрушению.Устранениевнутреннихнапряженийпроизводитсяс помощью специальныхвидов отжига.Этот отжигпроводитсяпри температурахниже температурырекристаллизации:t_отж=0,2-0,3Тплє К. Повышеннаятемператураоблегчаетскольжениедислокацийи, под действиемвнутреннихнапряжений,происходитих перераспределение,т.е. из мест сповышеннымуровнем внутреннихнапряженийдислокацииперемещаютсяв области спониженнымуровнем. Происходиткак бы разрядкавнутреннихнапряжений.При нормальнойтемпературеэтот процессбудет длитьсяв течение несколькихлет. Увеличениетемпературырезко увеличиваетскорость разрядки,и продолжительностьтакого отжигасоставляетнесколькочасов.

4. Патентирование.Смотретьтермообработкустали.

Отжигвторого рода– термообработка,направленнаяна получениеравновеснойструктуры вметаллах исплавах, испытывающихфазовые превращения.

Приотжиге второгорода нагреви последующееохлаждениеможет вызватькак частичную,так и полнуюзамену исходнойструктуры.Полная замена()в результатедвойной перекристаллизациипозволяеткардинальноизменить строениесплава, уменьшитьразмер зерна,снять наклеп,устранитьвнутренниенапряжения,т.е. полностьюизменить структуруи свойствадетали. Отжигвторого родаможет бытьполным и неполным.

Полныйотжиг сопровождаетсяполной перекристаллизацией.При неполномотжиге структурныепревращенияпроисходятне полностью,с частичнымсохранениемисходной фазы.Неполный отжигприменяетсяв тех случаях,когда можноизменить строениевторой фазы,исчезающейи вновь появляющейсяпри этом видеотжига.

Закалка– этотермообработка,направленнаяна получениев сплаве максимальнонеравновеснойструктуры исоответственноаномальногоуровня свойств.Любая закалкавключает в себянагрев до заданнойтемпературы,выдержку ипоследующеебыстрое резкоеохлаждение.В зависимостиот вида фазовыхпревращений,происходящихв сплаве призакалке, различаютзакалку с полиморфнымпревращениеми закалку безполиморфногопревращения.

Закалкас полиморфнымпревращением.Этотвид закалкиприменяетсядля сплавов,в которых одиниз компонентовимеет полиморфныепревращения.

Призакалке с полиморфнымпревращениемнагрев металлапроизводитсядо температуры,при которойпроисходитсмена типакристаллическойрешетки в основномкомпоненте.Образованиевысокотемпературнойполиморфнойструктурысопровождаетсяувеличениемрастворимостилегирующихэлементов.Последующеерезкое охлаждениеведет к обратномуизменению типакристаллическойрешетки, однакоиз-за быстрогоохлажденияв твердом раствореостается избыточноесодержаниеатомов другихкомпонентов,поэтому послетакого охлажденияобразуетсянеравновеснаяструктура. Вметалле сохраняютсявнутренниенапряжения.Они вызываютрезкое изменениесвойств, увеличиваетсяпрочность,уменьшаетсяпластичность.При быстромохлажденииперестройкакристаллическойрешетки происходитза счет одновременногосмещения целыгрупп атомов.В результатевместо обычныхзерен в металлепоявляетсяигольчатаяструктура,которая называетсямартенситом.Неравновесноесостояниеметалла послетакого типазакалки являетсятермодинамическинеустойчивым.Поэтому, чтобыперевестиметалл в болееустойчивоесостояние,получить необходимыйуровень внутреннихнапряжений,а соответственнои необходимыемеханическиесвойства, применяютдополнительнуютермообработку,которую называютотжиг.

Закалка без полиморфного превращения.

Применяется для сплавов,не испытывающих полиморфных превращений,но имеющих ограниченнуюрастворимостьодного компонентав другом.

Еслисплав, содержащийвторичные фазы,нагреть дотемпературывыше линиисолидус, тоувеличениерастворимостиприведет крастворениювторичных фаз.Если теперьтакой твердыйраствор быстроохладить, товыделениевторичных фазобразоватьсяне успеет, т.к.для этого требуетсявремя на прохождениепроцесса диффузии,образованиедругой кристаллическойрешетки, границраздела междуфазами. В результате,при нормальнойтемпературепересыщенныйметастабильныйтвердый растворсодержит избытоквторого компонента.Такое изменениеструктурыизменяет свойствасплава, прочностьможет, какувеличиться,так и уменьшиться,а пластичность,как правило,увеличивается.Состояниеметалла послетакой закалкиявляетсятермодинамическинеустойчивым.Самопроизвольноили под влияниемпредварительногонагрева метастабильныйтвердый растворначинает распадатьсяс выделениемвторичной фазы,т.е. α_мα+β_ІІ.Этот процессназывается старением.Таким образом,старение – этотермообработка,которая проводитсяпосле закалкибез полиморфногопревращения,направленнаяна получениев сплаве болееравновеснойструктуры изаданногоуровня свойств.

Отпуск.

Отпуск– термообработка,направленнаяна уменьшениевнутреннихнапряженийв сплавах послезакалки с полиморфнымпревращением.Образованиевторичных фазпосле закалкис полиморфнымпревращениемвсегда сопровождаетсярезким увеличениемвнутренних.Соответственномаксимальноувеличиваютсяпрочность итвердость, доминимума падаетпластичность.Чтобы получитьнеобходимоесоотношениепрочности ипластичности,такой сплавпосле закалкиподвергаютдополнительнойтермообработке:отпуску. Нагреввызывает уменьшениеконцентрациилегирующихэлементов втвердом раствореи выделениевторичных фаз.

Послезакалки безполиморфногопревращениясплав имеетструктурупересыщенноготвердого раствора.Такое состояниесплава – нестабильноеи с течениемвремени начинаетменяться.Пересыщенныйтвердый растворраспадаетсяс выделениемиз него мелкихвключенийвторичной фазы.Этот процесспроходит внесколькостадий:

Напервойстадиив кристаллическойрешетке твердогораствора появляютсязоны, обогащенныеатомами второгокомпонента.С течениемвремени этизоны увеличиваются.

Навторойстадииконцентрацияатомов второгокомпонентадостигаетвеличины,соответствующейпо концентрациивыделениявторичной фазы.

Наступаеттретьястадия,т.е. формированиев этих зонахпромежуточнойкристаллическойрешетки, котораяотличаетсято решеткитвердого раствораи от решеткивторичной фазы.

Начетвертойстадииувеличениеконцентрациивторого компонентаприводит кобразованиюокончательнойкристаллическойрешетки вторичнойфазы и образованиюграницы разделамежду твердымраствором ивторичнойфазой. Так какпроцесс распадатвердого раствораоснован, преждевсего, на диффузионныхпроцессах, тоон в значительнойстепени завистиот температуры.Чем выше температура,тем быстрееидет процессраспада. Еслитемпературанормальная,то процессраспада называется естественнымстарением,а если температураповышенная,то - искусственнымстарением.В результате,после старенияструктурасплава представляетсобой зернатвердого раствораравновесногохимическогосостава, с равномернораспределеннымпо объему, огромнымколичествоммелких выделенийвторичной фазы.Эти выделения,располагаясьна плоскостяхскольжения,препятствуютперемещениюдислокаций,требуют увеличениескалывающегонапряжения.Соответственно,прочность итвердостьсплава увеличиваются.

Химико-термическаяобработка(ХТО).

Этоодновременноевоздействиена металл химическойсреды, теплас целью направленногоизменениясостава и свойствповерхностидетали. Различныевиды ХТО направленылибо на повышениекоррозионнойстойкости, либопрочности итвердости,износостойких,антифрикционныхсвойств. Изменяясостав химическойсреды, можно в одних и техже деталяхполучать различныесвойства.

Термомеханическаяобработка.

Этосочетаниепластическойдеформации,упрочняющейтермообработки,причем образующийсяв результатедеформациинаклеп сохраняетсяи влияет нафазовые превращения,происходящиепри термообработке.

Такоекомплексноевоздействиена металл позволяетполучить уровеньсвойств в металлеболее высокий,чем можно получитьпосле деформацииили послетермообработкив отдельности.

Термообработкасталей.

Критическиеточки в диаграмме FE-C.

Этотемпературныеточки фазовыхпревращений.Их обычно принятообозначатьбуквами Ас иАr.

Ас– точка соответствуетнагреву, температураувеличивается.

Аr– точка соответствуетохлаждению,температурауменьшается.

1) Точка А_С1– первая критическаяточка (линияPSK).Температураравновесная,равная 727 С.На этой линииидет реакцияперехода П А.

2) Точка А_С2=768С.Переход железаиз магнитногов парамагнитноесостояние.

3) Точка А_С3(линия GS), в зависимостиот химическогосостава, температураменяется от911 до 727 С.Превращение:Ф А.

4) Точка А_С4(линия NY),температура1400 Си выше. Превращение:А S–феррит. Вышеэтой точкистараются ненагревать.

5) Точка Асm(линия SE) А+Ц_А

Нагреви охлаждение.

Процесстермообработкистали, в любомслучае, включаетв себя нагреви охлаждение,при этом происходят структурныеи фазовыепревращения.Эти превращенияпринято разделятьна четыре основныхвида:

1. ПА при повышениитемпературы;

2. АП при уменьшениитемпературы;

3. АМ при закалке(температуразначительноуменьшается,быстрое охлаждение);

4. МП при отпуске(температураувеличивается).

Попрохожденииэтих процессовпри редкихвариантахтермообработкизависит окончательнаяструктурасталей а, следовательно,свойства деталей.

Первоеосновное превращениев стали:

ПА (температураувеличивается)

Первоеосновное превращениепроисходит,практически,при всех видахотжига и закалкив процессенагрева стали.Превращениеперлита в аустенитначинаетсяпри нагревестали вышепервой критическойточки А_С1.При этом зерна (Ф+Ц) в перлитномзерне взаимодействуютмежду собойи образуетсязародыш зернааустенита:Ф+ЦА

Таккак поверхностираздела междуферритом ицементитомв зерне перлитаочень много,то в начальныймомент временивозникаетогромное количествозародышейаустенита.Начальное зерноаустенитавсегда оченьмелкое. Увеличениетемпературынагрева вызываетпостепенныйрост зернааустенита. Чемвыше температура,тем крупнеезерно.

Одновременнос ростом зернааустенитапроисходитрастворениекрупных включенийцементита ивыравниваниесодержанияуглерода посечению деталей.

Ростзерна аустенитав различныхсталях идетпо-разному.Если увеличениетемпературывызывает медленныйрост зерна, чембольше температура,тем большезерно, то такуюсталь называютнаследственнокрупнозернистой.Еслиже увеличениетемпературывызывает ростзерна толькопри нагреведо температуры950-1000 С,то такую стальназываютнаследственномелкозернистой.

Крупнозернистаясталь– это кипящая,т.е. раскаленнаяMgи C.

Вструктуре этойстали нет никакихвключений,сдерживающихграницы зерен.Поэтому зернов такой сталиувеличиваетсяпропорциональноросту температуры.

Наследственномелкозернистаясталь– это спокойнаясталь, она раскаленаAl.

FeO+ Al Fe + Al₂O₃

Мелкоевключение окисиAlсдерживаетграницы зеренот перемещенияпри нагреведо температурдо 950 С,но дальнейшийрост температурывызывает резкийрост зерна иего размерможет дажепревыситьразмер зернав крупнозернистойстали. Для тогочтобы определить,к какому типуотноситсяданная сталь,проводят испытанияна стандартнуюпробу, т.е. нагреваютсталь до температуры930 Си держат 8 часов.Если зерно увеличилось,то сталь крупнозернистая,если не увеличилось,то сталь мелкозернистая.

Размерзерна аустенитаявляется оченьважной характеристикой.Чем крупнеезерно аустенита,тем соответственнобудет крупнеезерно перлитаили мартенсита,образующиесяпосле отжигаили закалки.Крупное жезерно всегданежелательно,т.к. снижаетударную вязкостьстали.

Второеосновное превращение:

АП (температурауменьшается)

Этопревращениепроисходитпри медленном охлаждениистали, т.е. впроцессе отжига.Начинаетсяоно образованиемпервых зародышейцементита награнице зернааустенита припонижениитемпературыниже точки А₁.

Еслизерно А былокрупным, соответственнокрупным будети зерно П.

Еслиохлаждениеидет медленно,то диффузияуглерода успеваетпройти на большеерасстояние,соответственнообразуетсязерно перлитаи цементитабольшой толщины.

Еслиохлаждениеидет быстро,то диффузияпройти не успевает,образуются

тонкиепластины Ф иЦ, структураперлита будетмелкодисперсной,от которойзависти твердостьстали. Чем крупнееперлитныепластины, темменьше твердостьи наоборот.Поэтому, примедленномохлаждениитвердость сталивсегда получитсяменьше.

Изотермическаядиаграммараспада.

ЧетвертоепревращениеМ  П.

Структуразакаленнойстали, то естьМ является т/днеустойчивой.Это объясняется,во-первых чрезмернымколичествомс в твердомрастворе. Во-вторых,большим количествомвнутреннихдефектовкристаллическогостроения, в-третьихналичием остаточногоаустенита.Однако, самопроизвольнопри нормальнойтемпературесталь не можетперейти в болееустойчивоесостояние, таккак для перестройкиструктурытребуетсядополнительнаяэнергия. Распаднеустойчивойструктурывозможен лишьпри повышениитемпературы.Такая перестройканачинаетсяначиная с небольшогонагреваниядо 100⁰изаканчиваетсяпри достижениитемпературойт. А₁(тоесть 700⁰).Условно процессперестройкитемпературыможно разбитьна три стадии:

1. Принагреве до200⁰С.В этом интервалетемпературиз М _{закалки}выделяетсяизбыток углеродав виде мельчайшихвыделенийцементитаFe₃C.В результатвнутреннеенапряжениев мартенсите уменьшается,и такой мартенситназывают мартенситомотпуска.Выделение измартенситацементитасопровождаетсяуменьшениемобъема стали.

2. 200-400⁰С.При этих температурахпродолжаетсяпревращениемартенситазакалки в мартенситотпуска приуменьшенииобъема и одновременнос этим остаточныйаустенит, которыйсохранилсяв закаленнойстали, превращаетсяв мартенситзакалки. Этотпроцесс идетс увеличениемобъема стали.Если остаточногоаустенитамного, то этоувеличениеобъема можнокомпенсировать.Изменение объема связанос переходоммартенситазакалки в мартенситотпуска.

3. 400-600⁰С.При этих температурахмартенситотпуска распадаетсяна смесь ферритаи цементитаМ_отпФ+Ц. Чем вышетемпература,тем большеразмер образовавшихсязерен ферритаи цементита.Кроме того,меняется иформа цементитных включений. Вотличии отпластинчатойформы, котораяобразуетсяпри распадеаустенита вмомент переходаего в перлит,при превращениимартенситав перлит частицыцементитаокруглые, тоесть сферические.В результатетакого измененияструктурыменяется вязкостьстали. Чем мельчечастицы цементитаи чем они болеекруглые, темвыше вязкость.Размер округлыхвключенийцементитазависит толькоот температуры,чем выше температура,тем включенийбольше, ноодновременнос увеличениемразмера включенийуменьшаетсяи твердостьи вязкостьстали.

Практикатермообработкисталей.

Приизготовлениидеталей дляизмененияструктуры исвойств сталиприменяютразличныеоперациитермообработки.К ним относятотжиг, закалкуи отпуск.

Отжигсталей.

Отжиг– это термообработка,направленнаяна уменьшениепрочности итвердости иповышениепластичностистали. Температураотжига определяетсяего назначениеми зависит отсодержанияуглерода.

Длядоэвтектоиднойи заэвтектоиднойсталей применяютразличные видыотжига. Этообъясняетсяразным назначениемсталей.

Отжигдоэвтектоиднойстали.

Длядоэвтектоиднойстали можноприменять какотжиг 1 рода,так и отжиг 2рода. Из отжигов1 рода для сталиприменяют отжигна рекристаллизацию(применяют длямалоуглеродистойстали, то естьсодержаниис менее от 0,25%).Эта стальпредназначенадля холоднойштамповки. Придеформациив ней возникаетупрочнение,то есть наклеп,который снимаетсяотжигом нарекристаллизацию.

1. Рекристаллизационныйотжиг проходитпри температурах680⁰С,время отжига4-12 часов.

2. Отжигна снятие внутреннихнапряжений.Этот вид отжигаприменяетсядля устранениявнутреннихнапряжений,которые возникаютв процессахрезки, сварки,шлифования.Снятие внутреннихнапряженийпроисходитза счет процессоввозврата.Продолжительностьи температуратакого отжигазависит отвида напряжений,от размеровдеталей, химическогосостава стали(до 600⁰С),2-12 часов. Большинствоконструкционныхдеталей изготавливаетсяиз средне- ивысокоуглеродистыхсталей. Температурарекристаллизационногоотжига такихсталей практическисовпадает стемпературойт. А₁,поэтому вбольшинствеслучаев дляизмененияструктуры исвойств сталиприменяютотжиг 2 рода.

Длядоэвтектоиднойстали в основномприменяютполный отжиг.При таком отжигепроисходитполная сменаструктурыстали, что позволяетустранить вседефекты, вызванныехолодной деформацией,сваркой, резкойи так далее.Отжиг 2 родадля доэвтектоиднойстали приняторазделять на4 вида:

1. полныйотжиг

2. изотермическийотжиг

3. нормализация

4. патентирование

1. Полныйотжиг

Производитсяс нагревомстали до температуры,превышающейточку А₃с последующиммедленнымохлаждениемвместе с речью.Медленноеохлаждениевызывает полноеравновесноепревращениеАФ+ П. В результатеполучаетсямаксимальновозможнаяпластичность,минимальнаятвердость ипрочность иполное снятиевнутреннихнапряжений.Если внутренниенаправленияне имеют значениято после охлажденияс печью до 500⁰,дальнейшееохлаждениеможно вестина воздухе.Полный отжигприменяют дляустранениядефектов структуры,вызванныхлитьем, холоднойдеформацией,сваркой.

Основнойнедостатокполного отжига– это его большаяпродолжительность,возможнаянеравномерностьзеренногостроения вцентре и наповерхностикрупногабаритныхизделий, вызваннаянеодинаковойскоростьюохлаждения.

2. Изотермическийотжиг.

Приизотермическомотжиге, заготовки,нагреваютсядо температурывыше т. А₃быстро охлаждаютна 100є С ниже точкиА₁,затем помещаютв печь и приэтой температуревыдерживаютдо полногопревращенияАП.

Таккак превращениеАПидет при постояннойтемпературеи во всем объемедетали одновременно,такой способотжига позволяетполучить равномернуюструктуру повсему объемудетали. Такойвид отжигаприменяетсядля крупногабаритныхдеталей ответственногоназначения.

3. Нормализация.

Нормализациейназывают отжигс охлаждениемдетали на свободномвоздухе.

Условияохлажденияпри нормализациипозволяютполучить болеемелкое зерно,по сравнениюс обычным отжигом.Уменьшениеразмера зернавызывает увеличениепрочности итвердости, принекоторомснижениипластичности.Особенно этозаметно надеталях, содержащих0,3-0,6%С. Прочностьи твердостьтаких сталейпри нормализацииимеет промежуточноезначение междутвердостью,полученнойпосле отжигаи твердостью,полученнойпри закалке,поэтому нормализациятаких сталейявляется основнымвидом термообработки.

Длямалоуглеродистыхсталей свойствапосле отжигаи после нормализациипрактическисовпадают,поэтому длямалоуглеродистыхсталей отжигвсегда заменяютна нормализацию.Нормализациюприменяют икак окончательныйвид термообработкии как промежуточный,например, междуоперациямихолодной деформациидля снятиянаклепа илиперед обработкойрезанием дляуменьшениятвердости.

4. Патентирование.

Этоособый видотжига, которыйприменяетсядля изготовлениявысокопрочнойпроволоки.

Низкаятемпературапревращенияпозволяетполучить равномернуюмелкую структуру.Такая структураназываетсятроостит. Послеотжига стальподвергаютхолодной деформации,волочению. Врезультатемелкой структурыи наклепа позволяютполучить металлпрочностью2000-5000 Мпа.

Отжигзаэвтектоиднойстали.

1. Отжиг на сфероинизациюявляется неполным,поэтому принагреве полногорастворенияцементитныхвключений непроисходит. В процессеохлажденияоставшиесявключенийцементита прираспаде аустенита.В результатеформа включенийцементитаменяется. Избывшей пластинчатойона превращаетсяв округлуюсферическую.Поэтому такойотжиг называетсясфероинизирующим.Изменение формывключенийцементитапозволяетповышать вязкостьстали; облегчаетпроцесс обработкирезанием. Такаяструктура сталиявляется идеальнойперед закалкой.Для ускоренияпроцессасфероинизациииногда применяютотжиг с циклированиемтемпературына 20-30є С выше илиниже точки А1.Такой отжигназывают маятниковым.

Принагреве сталипроисходитрастворениекраев цементитныхпластин, приохлажденииже цементитвыделяетсяравномернопо всей поверхности.Поэтому притаком видеотжиге процессесфероинизацииидет быстрее.

2. Нормализация.

Применяетсядля заэвтектоиднойстали с цельюустранениявыделенийцементита пограницам зерен.Сплошная цементитнаясетка крайненежелательна.Она образуетсяпри медленномохлаждениис высоких температур.Нагрев сталейдо температурвыше точки Астприводит крастворениюцементитнойсетки по границамзерен. При ускоренномохлаждениина воздухевторичныйцементит выделяетсяв виде отдельныхвключений, необразуя сплошнойсетки по границамзерен. В результатевязкость сталивосстанавливаются.

Закалкасталей.

Закалкойназываюттермообработку,включающуюв себя нагревсталей до температурвыше критическихи быстрое, резкоеохлаждение,с целью получениявысокой прочностии твердости.Различаютзакалки объемнуюи поверхностную.При объемнойзакалке нагреваюти охлаждаютвесь объемдетали, приповерхностной– только поверхность.

Взависимостиот температурынагрева закалкабывает полнойи неполной. Приполной закалкесталь нагреваютвыше точки А₃.Полная закалкаприменяетсядля доэвтектоиднойстали. В этомслучае принагреве вышеточки А₃сталь имеетполностьюаустенитнуюструктуру ипосле резкогоохлажденияимеет полностьюмартенситнуюструктуру. Принеполной закалкеполного превращенияне будет, иоставшийсяв структуреферрит не дастполучить высокойтвердости ипрочности.Поэтому вдоэвтектоиднойстали неполнуюзакалку неприменяют. Для заэвтектоиднойстали применяюттолько неполнуюзакалку. В этомслучае вторичныйцементит, которыйсохраняетсяв стали, дополнительноповышает твердостьзакаленныхсталей. Еслиже применитьполную закалку,то вторичныйцементит растворяетсяв аустените.Это сопровождаетсярезким увеличениемзерна. Послеохлажденияв такой сталибудет большоеколичествоостаточногоаустенита. Этодополнительноуменьшит твердостьстали, поэтомудля заэвтектоиднойстали полнаязакалка никогдане применяется.Выдержка призакалке сталидолжна бытьтакой, чтобыуспели пройтивсе структурныеи фазовыепревращения.Однако она недолжна бытьчрезмерной,чтобы не вызватьроста аустенитногозерна. Обычноориентировочновыдержку деталипринимают израсчета 1 минутуна 1 миллиметртолщины длянагрева и + 1 минутана 1 миллиметртолщины длявыравниваниятемпературыпо сечению ипрохождениявсех структурахи фазовыхпревращений.Охлаждениепри закалкедолжно бытьрезким, длятого, чтобы недопустить образованияперлита, но вто же время –максимальномедленным,чтобы уменьшитьуровень внутреннихнапряжений,образующихсяв деталях прирезком охлаждении.Внутренниенапряжениядолжны бытьтермическиеи структурные.Термическиевозникают из-занеодинаковойскорости охлажденияповерхностии центров массивныхдеталей, а такжепри неодинаковойскорости охлаждениятонких и толстыхсечений детали.

Структурныенапряжениявозникают из-заобъемногоэффекта (v↑) при переходеА→ М. В зависимостиот содержанияуглерода этотобъемных эффектдостигает 5-6%.Уровень внутреннихнапряженийможет бытьнастольковелик, что врезультатепроисходитискажение формыдетали или еерастрескивание.

Охлаждениепри закалкеможет вестисьв предельныхсредах (вода,масло минеральное,водо-воздушныесмеси). От скоростиохлаждениязависит структура,которая в сталипосле закалки.Если скоростьнедостаточная,то получаетперлитнаяструктура. Ониотличаютсядруг от другаразличнымразмером частицперлита и цементита.Если скоростьохлажденияпри закалкедостаточновелика, длятого, чтобы необразовалсяперлит, но слишкоммала для образованиямартенситав сталях, появитсяпромежуточнаяструктура –бейнит.Внешне онаимеет игольчатуюструктуру какмартенсит, носами иглыпредставляютсобой феррит,внутри котороговыделяетсямельчайшиечастицы цемента.Если скоростьохлаждаетсястали превышаеткритическуюскорость, тообразуетсяв мартенсит,обеспечивающиймаксимальнуютвердость взакаленнойстали. Наиболееэффективноеохлаждениеобеспечиваетвода, но еёнедостаток– слишком быстроеохлаждениев интервалемартенситногопревращения.В результатевозникаютбольшие внутренниенапряжения.Минеральноемасло наоборотдает малуюскорость охлажденияв областимартенситногопревращения,но не достаточнобыструю в областиперлитногопревращения.

Способызакалки.

Длятого, чтобыобеспечитьзакалку сталейна мартенситнеобходимобыстро охлаждатьеё в областиперлитногопревращения.Но если с такойже скоростьюохлаждать еёи дальше в областимартенситногопревращения,то в деталивозникаютрезкие закалочныенапряжения.Поэтому желательнопроводитьохлаждениев областимартенситногопревращенияпо возможностимедленнее, носреды с переменнойскоростьюохлажденияне существуети поэтому дляразных деталейприменяютразличныеспособы охлаждения,чтобы получитьзакаленноесостояние сминимум уровнемвнутреннихнапряжений.

1. Охлаждениев одном охладителе(воде, масле).Недостаток- очень резкиевнутренниенапряжения.Чтобы их уменьшитьприменяютвторой способзакалки.

2. Закалка в двухсредах(из воды в масло).По этому способув начале детальохлаждают вводе, до температурыниже перлитногопревращения,а затем перебрасываютдо окончательногоохлажденияв масло. Этотспособ сложени требует высокойквалификациирабочих, откоторых требуетсявыдерживатьдеталь определенноеколичествовремени в воде.Если выдержкабудет мала, топри дальнейшемохлаждениипопадаем вперлитноепревращение,и закалки небудет, а есливыдержка слишкомбольшая, то вдеталях возникаютбольшие внутренниенапряжения.

3. Ступенчатая закалка.При ступенчатойзакалке нагретуюдеталь охлаждаютбыстро до заданнойтемпературев специальногорячей среде,в качествекоторой используютсярасплавы металловили солей. Времявыдержки вгорячей средеопределяютсямаркой сталии может бытьчетко определенопо секундомеру,после этогоидет окончаниеохлаждениев воде или масле.Выдержка вгорячей средепозволяетвыровнятьтемпературупо всему сечениюдеталей, поэтомупри окончательномохлаждениив воде, или маслепревращениеаустенита вмартенсит идетодновременнопо всему объемудетали, чтопозволяет резкоснизить уровеньвнутреннихнапряжений.Такой способзакалки применяютдля крупногабаритныхдеталей сложнойформы, чтобыдо минимумаснизить искажениеформы.

4.Изотермическаязакалка.Этот способприменяетсядля крупногабаритныхдеталей, которыенельзя охлаждатьочень быстро,из-за опасностиразрушения.При изотермическойзакалке нагретыедетали помещаютв горячую среду,нагретую дозаданной температурой350-400 градусов, вкоторой выдерживаютдо полногопрохождения превращенияаустенита втроостит илибейнит. Послеполного превращениядеталь обычноохлаждаетсяна воздухе.Дополнительногоотпуска послетакой закалкене требуется.Температураокружающейсреды выбираетсятермообработкой,чтобы получитьв детали структуру,обеспечивающуюзаданную твердость.

5. Закалка с обработкойхолодом.При закалкевысокоуглеродистыхсталей, содержащихникель, молибден,вольфрам дажепосле полногоохлаждениядо нормальнойтемпературыпревращениеаустенита вмартенситпроходит неполностью.Остаточныйаустенит имеетневысокуютвердость ипоэтому твердостьдетали послезакалки будетнедостаточной.Для устраненияостаточногоаустенитазакаленныедетали дополнительноохлаждают вобласти отрицательныхтемператур70-80 градусов,парами углекислотыили жидкогоазота. Дополнительноеохлаждениевызывает переходостаточногоаустенита вмартенсит итвердостьзакаленнойстали повышается.

6. Закалка ссамоотпуском.Этот способзакалки применятсядля деталей,которые должныиметь различнуютвердость вразличныхместах. Чтобыполучить переменнуютвердость,нагретую детальпомещают вохлажденнуюсреду толькорабочей поверхностью,оставляя хвостовикнад поверхностьюохлаждающейсреды. Послеполного охлажденияповерхностидеталь извлекаютиз охлаждающейсреды и за счеттепла, сохранившегосяв хвостовойчасти, происходитразогрев рабочейповерхностии ее отпуск.Температуруразогреваповерхностиконтролируютпо цветампобежалости.

Поверхностнаязакалка.

Этотспособ применяетсядля изделий,у которых должнабыть поверхностьи вязкая сердцевина(шестерни, валы).При поверхностнойзакалке нагревпроводитсяне всей детали,а только еёповерхности.После нагревасразу проводитсяохлаждение.Поэтому структурныеизмерениязатрагиваюттолько поверхность.В зависимостиот способовнагрева различаютнесколько видовповерхностейзакалки:

1. Закалка погружением– разогревповерхностиведется за счеткратковременногопогружениядетали в горячуюсреду. Посленагрева деталиохлаждают вводе или масле.Толщина закаленногослоя определяютсявременем выдержкив горячей среде.Недостаток– невозможностьполучениятонкого закаленногослоя.

2. Газопламеннаязакалка.Разогрев поверхностидетали проводитсяза счет нагревапламенем газовойгорелки. Достоинствоспособа в егоуниверсальности,недостаток– высокая температурапламени вызываетперегрев поверхностии как следствие- крупное зерно,выгораниеуглерода, легирующихэлементов,резкий температуройградиент, возможноотслаиваниезакаленногослоя.

3.Закалка ТВЧ– токами высокойчастоты (индукционная закалка).Разогрев деталипроизводитсяза счет наведенияв ней токоввысокой частоты.Деталь помещаетсявнутрь индуктора,подключенногок истокам токоввысокой частоты.Достоинствоспособа – высокаяпроизводительностьнедостаток– потребностьв сложномоборудовании,для каждойдетали необходимсвой индуктор,наличие вредныхэлектромагнитныхполей.

4. Закалка с нагревомповерхностилазером.При этом способезакалки разогревповерхностиосуществляетсяза счет воздействияна неё высокоэнергетическогопучка излучения.Интенсивностьэнергии настольковелика, чтоповерхностьв течении несколькихдолей секундможет бытьнагрета дорасплавления.Охлаждениеповерхностипосле нагревапроисходитза счет теплоотводавглубь детали.Дополнительноеохлаждениеводой не требуется.Перемещая лучлазера по поверхностиможно закаливатькак отдельныеучастки детали,так и всю еёповерхность.Этим способомможно закаливатьвнутренниеповерхностидетали, не закаливаяеё наружнуюповерхность.Глубина закаленногослоя регулируетсявременем, освещаяеё лазером. Притаком способезакалки онаможет менятьсяот несколькихмикрон до десяткови сотен микрон.

Отпускстали.

Состояниезакаленныхдеталей отличаютсяочень сильнойнеравновесностьюструктуры. Этообусловленоповышеннойконцентрациейуглерода втвердом растворе,высокой плотностьюдефектовкристаллическогостроения, атакже внутренниминапряжениями,строениямии термическими.Из-за этогозакаленнаясталь хотя иобладают высокойпрочностьюи твердостью,одновременнос этим имеетпрактическинулевой запасвязкости. Ударныенагрузки могутвызвать быстроеразрушениедеталей. Крометого, переходнеравновеснойструктурызакаленнойстали в болеестабильнуюможет происходитьс течениемвремени самопроизвольнопод воздействиемокружающейтемпературыили внешнихнагрузок. Этотпереход сопротивляетсяизменениемобъёма и поэтомутакая ситуациянедопустимадля высокоточныхдеталей илидля измерительногоинструмента.Поэтому всегдазакаливаниедетали подвергаетсядополнительнойтермообработке– отпуску.

Различают3 вида отпускапо температуре:низкий, среднийи высокий.

Низкийотпуск 150-220 градусов

Среднийотпуск 350-450 градусов

Высокийотпуск 550-650 градусов

Низкийотпускприменяетсядля деталей,которые должныиметь высокуютвердость ипрочность. Принизком отпускемартенситзакалки превращаетсяв мартенситотпуска. Мартенситотпуска отличаетсяот мартенситазакалки отсутствиемвнутреннихнапряженийза счет выделенияиз него избыткауглеводородав виде мельчайшихкарбидов. Твердостьмартенситаотпуска такаяже или немногобольше, чем умартенситазакалки (58 – 62HRC).

Среднийотпуск проводитсядля деталей,в которых требуетсямаксимальныйпредел упругости.При температурахсреднегоотпуска происходитраспад остаточногоаустенита вмартенсит, изатем переходмартенситав троостит.Троостит представляетсобой игольчатуюструктуруферрита, вдольигл которогорасположенывыделившиесяиз твердого раствора мелкиекарбиды. Такаяструктураобладает малымзапасом вязкости,но зато высокимпределом упругости.Поэтому такойвид отпускаприменяют дляизготовленияупругих деталеймашин. Твердость40 – 45НRСи очень маленькаяударная вязкость.

Высокийотпускприменяетсядля деталей,в которых необходимосочетаниевысокой ударнойвязкости идостаточнойпрочности –это деталимашин, работающиес ударными изнакопеременныминагрузками.При этом образуетсясорбит. Сорбитпредставляетсобой зёрнаферрита с огромнымколичествомточечных иокруглых выделенийкарбидов, равномернораспределенныхпо объему стали.Твердость 20–25 НRС.

Сочетаниеполной закалкии высокогоотпуска называетсятермическимулучшениемстали.Такойтермообработкеобычно подвергаютстали содержащие0,3 = 0,6 %С. Поэтомутакие сталичасто называютулучшаемыми.

Выбортого или иноговида отпусказависит отназначениядетали. Еслидеталь должнаобладать максимальнойтвердостьюи износостойкостью,то соответственнотвердостьповерхностидолжна бытьмаксимальнойи для такойдетали всегдаприменяютзакалку с низкимотпуском. Еслиже на первоеместо по техническимусловиям выходитмаксимальнаявязкость, топрименяютзакалку с высокимотпуском. Среднийотпуск в большинствеслучаев используютпри изготовлениипружины. В некоторыхслучаях прибыстром охлаждениидеталей послегорячей деформации возникаетэффект увеличениятвердости засчет получениянеравновесныхструктур типатроостит илибейнит. Такаясталь с трудомподдаетсяобработкерезанием, поэтомудля снижениятвердости еёподвергаютвысокому отпускупри температуре600-700єСс медленнымохлаждением.Чаще всего этовысокоуглеродистаясталь или сталь,содержащаялегирующиеэлементы.

Отпускнаяхрупкость.

Отпускнойхрупкостьюназывают уменьшениевязкости сталипосле отпускав определенноминтервалетемператур.Отпускнаяхрупкостьразделяетсяна 2 вида:

1. Наблюдаетсяпосле отпускав температурноминтервале250-350єС– это отпускнаяхрупкость Iрода или необратимаяхрупкость.

2. Наблюдаетсяв интервалетемператур500-600єС.Это отпускнаяхрупкость IIрода или обратимая.

ХрупкостьIрода характернадля простыхуглеродистыхсталей, содержащихот 0,3-0,6%С. Она проявляетсяпри отпускев температурномдиапазоне250-350єС.Причина еёпоявления –выделениекарбидов пограницам зёрен.Это вызываетхрупкостьграниц и соответственнохрупкость всейдетали. Увеличениетемпературыотпуска вызываетраспад мартенситапо всему объемудетали и соответственновыравниваниеструктуры, чтовызывает повышениевязкости. Такимобразом, еслисталь, находящуюсяв состоянииотпускнойхрупкости I рода, нагретьдо более высокойтемпературы,то её вязкостьвосстановитсяи повторныйнагрев послеохлажденияв температурноминтервале250-350єСотпускнойхрупкостибольше не вызовет.Поэтому такаяотпускная хрупкостьназываетсянеобратимой.

ХрупкостьIIрода характернадля среднеуглеродистойстали, содержащейлегирующиеэлементы: Si;Мn;Сr.Причем проявляетсяэта отпускнаяхрупкостьтолько примедленномохлаждениис температуройвысокого отпуска.Если деталиохлаждатьбыстро на воздухеили в воде, тохрупкость IIрода не проявляется.Если стальимеет уже отпускнуюхрупкость IIрода, то для еёустранениянеобходимоснова нагретьдеталь до температурыотпуска и быстроохладить. Вязкостьвосстанавливается,но если снованагреть и медленноохлаждатьхрупкость сновапоявится. Поэтомутакая хрупкостьназываетсяобратимой.

Повышаетсклонностьсталей к отпускнойхрупкости IIрода наличиепримесей, особеннофосфора. Поэтомучтобы сделатьсталь нечувствительнойк отпускнойхрупкости IIрода необходимо,во-первых, снижатьколичествовредных примесей,особенно фосфора,а во-вторых,добавлять всталь молибденили вольфрам.

Отпускнаяхрупкость Iрода частосовпадает потемпературесо среднимотпуском, поэтомупружины и рессорыхарактеризуютсяминимальнымзапасом вязкости.

Прокаливаемостьсталей.

Подпрокаливаемостьюпонимаютспособностьсталей закаливатьсяна максимальнуюглубину.

Дляответственныхдеталей дляобеспечениямаксимальнойнадежноститребуетсямаксимальная,а лучше сквознаяпрокаливаемость.Увеличениепрокаливаемостивозможно разнымиспособами, такповышаетпрокаливаемостьувеличениеразмеров зернааустенита,повышениетемпературынагрева подзакалку, уменьшениесодержаниявредных примесей,повышениехимическойоднородности.Но сильнеевсего увеличиваетпрокаливаемостьвведение всталь легирующихэлементов.Большинствоиз них сдвигают с-образныекривые вправо.Увеличиваяустойчивостьаустенитапротив перлитногораспада, легирующиеэлементы уменьшаюткритическуюскорость охлаждения,приближая еёк скоростиохлаждениясердцевины.Сильнее всехв этом направлениидействует хром,а также Ni,Mo,Mn.В большинствеслучаев припроектированиидетали конструктордолжен знатьвеличину критическогодиаметра дляданной маркистали. Критическийдиаметр– это максимальновозможныйдиаметр дляданной маркистали, закаливающейсяв данном охладителенасквозь. Самыйпростой методопределениякритическогодиаметра –способпробной закалки.Для этого отпрутка отрезаюткусок, нагревают,закаливаюти измеряюттвердость подиаметру. Еслитвердостьменяется мало,то детальпрокаливаетсянасквозь.

Наиболеечасто для определениякритическогодиаметра применяетсяспособторцевой закалки.Дляэтого из исследуемойстали изготовляютцилиндрическийобразец с длинойцилиндра 100 мми диаметром25.

Образецнагреваетсяв печи, а затемохлаждаетсяструей воды,направленнойв торец. Послеполного охлажденияпроизводитсязамер твердости,начиная отторца до техпор, пока твердостьне перестанетизменяться.Границу закаленнойзоны определяютпо величинезакаливаемостистали. Закаливаемость–это способностьстали закаливатьсяна максимальнуютвердость.Закаливаемостьзависит преждевсего от содержанияуглерода. Чембольше углерода,тем выше твердость,тем выше закаливаемость.А также от содержаниякарбидообразующихлегирующихэлементов.

Резкоепадение закаливаемостипроисходиттогда, когдав её структурестановитсяменее 50% мартенсита.

Твердостьполумартенситнойзоны зависитот содержанияуглерода.

Такимобразом, знаясодержаниеуглерода вданной стали,по специальномуэкспериментальномупостроенномуграфику определяетсятвердостьполумартенситнойзоны. Послеэтого на экспериментальнополученном графике изменениетвердости отторца получаемвеличину а.После этогопо специальнойномограммеБлантера определяетсякритическийдиаметр дляданной маркистали. Для этоговеличину аоткладываемна верхнеймасштабнойлинейке, и отпускаемлинию вниз допересеченияс линией соответствий индивидуальнойскорости охлаждения.От точки пересеченияоткладываемгоризонтальдо используемойохлаждающейсреды: вода,масло или воздух.Найдя точкупересеченияопускаем внизна шкалу критическихдиаметров.

Химико-термическаяобработка(ХТО).

ХТО– это сочетаниевоздействийна деталь химическойсреды и тепловоговоздействияс целью измененияхимическогосостава и свойствповерхностидетали.

ХТОделится на:

1. ХТО с насыщениемне металлами(C,N,Si,B).

2. ХТО с насыщениемметаллами (Cr,Ni,Ti,Zn).

3. МногокомпонентнаяХТО.

Процесснасыщенияповерхностидетали можноусловно разбитьна 3 стадии:

1. Созданиеактивных атомов.

2. Переносактивных атомовк поверхностидетали и взаимодействиеих с поверхностью.

3. Диффузияактивных атомовв глубь металлов.

Всеэти 3 стадиипроцесса идутпоследовательнои поэтому общаяскорость ХТОопределяетсяскоростью однойиз стадий, идущейнаиболее медленно.

Обычно наименьшаяскорость – этоскорость диффузиив металле. Дляускорениядиффузии увеличиваюттемпературу.Чем выше температура,тем быстрееидет диффузия,тем скореепроисходитпроцесс насыщенияповерхностидетали. Технологическийпроцесс насыщенияповерхностидетали можетпроисходитьпо-разному:

1. способнасыщения изпорошковыхзасыпок, т.е.деталь засыпаютпорошками,содержащиминужные элементы.Способ самоуниверсальный, наиболее доступный.Однако производительностьего недостаточнаи потребностьв большом количествепорошка;

2. насыщениеиз газовойфазы. Деталипомещают вспециальные печи с контролируемойгазовой атмосферой.Детали на конвейерепроходят черезпечь и послевыхода сразузакаливаются.Достоинства:высокаяпроизводительность,стабильноекачество.Применяетсяпри массовомизготовлении.

3. Насыщениеиз жидкой среды.При этом способедетали помещаютв расплавысолей, щелочей,металлов, содержащихнужный элемент.

4. Насыщениеиз пасты. Этотспособ применяетсядля местногонасыщениядетали легирующимиэлементами.

5. Насыщениевакуумом. Детальпомещают ввакуумнуюкамеру, нагреваюти конденсируютна нее атомылегирующихэлементов.Применяетсядля специальныхдеталей илидетали, которыене должныокисляться.

Структураповерхностногослоя в деталях,образующихсяпри ХТО, зависитот типа взаимодействиянасыщающегоэлемента сметаллом, которыйявляется основнымкомпонентомв данной детали.

Еслинасыщающийэлемент образуетнеограниченныйтвердый раствор,то при ХТОнаблюдаетсяплавное изменениеконцентрациии структуры.

Еслинам известнанеобходимаятолщина насыщенноголегирующимэлементомповерхностногослоя, то процессыХТО ведут дотех пор покана границеэтого слоя небудет достигнутанеобходимаяконцентрацияэтого элемента.

Глубинанасыщенногослоя определяетсякоэффициентомдиффузии Д, t–время.

Глубинадиффузногослоя в значительнойстепени зависитот коэффициентадиффузии легирующегоэлемента и отвремени насыщения.Коэффициентдиффузии определяетсясамим легирующимэлементом, т.е.его природой.Чем большетемпература,тем большекоэффициентдиффузии, темскорее идетнасыщение.Толщина насыщенногослоя определяется,прежде всего,временем, нодля того, чтобыувеличитьтолщину слояв 2 раза необходимоувеличить времяобработки(насыщения) в4 раза. Есливзаимодействиелегирующегоэлемента сосновным компонентомносит болеесложный характер,то структураслоя будетболее сложнаяи будет соответственноотражать фазовыйсостав, наблюдаетсяна диаграммесостояния,которая образуетсяпри взаимодействииосновногокомпонентас насыщающимэлементом.

Есливзаимодействиеобразуетсяв несколькофаз (твердыхрастворов илихимическихсоединений),то все эти фазыбудут образовыватьсяв поверхностномслое в порядкеубыванияконцентраций.Каждый из слоевбудет соответствоватьотдельной фазе

.Причем изменениеконцентрациив этом слоебудет соответствоватьизменениюконцентрациина диаграммесостояния приэтой температуре.Двухфазныеслои могутобразовыватьсяпри ХТО тольков тех случаях,когда во времяохлажденияодна из фаз врезультатекакой-либореакции распадаетсяна смесь несколькихфаз.

Изменениеструктурыповерхностипри ХТО составляетнаправленнуюдиффузию легирующегоэлемента. Вначале на поверхностиобразуетсязародыши новыхфаз, затем онирастут в глубьдетали, создаваяна поверхностихарактернуюстолбчатуюструктуру.

Внесколькихслучаях послеХТО проводятдополнительнуюобработку,включая в себязакалку отпускдля того, чтобыполучить необходимуюструктуру наповерхностинужные свойства.

Насыщениеметаллов неметаллами.

Основныевиды ХТО разработаныи применяютсядля стальныхдеталей. Взависимостиот основногонасыщенногокомпонентаэти виды называют:

1. Цементация– насыщениеуглеродом.

2. Азотирование– насыщениеазотом.

3. Сульфатирование– насыщениесерой.

4. Силицирование– насыщениекремнием.

5. Борирование– насыщениебором.

Возможнотакже многокомпонентное насыщение.

НасыщениеС и N– нитроцементация

N-S– сульфоазатирование.

1. Цементациястали

Цементациявызывает процесснасыщенияповерхностейдеталей углеродомс целью повышениятвердости иизносостойкости. Цементациюприменяют длядеталей, в которыхтвердостьповерхностидолжна сочетатьсяс вязкой сердцевиной,хорошо выдерживающейударную нагрузку.Цементацииподвергаютстали, в которыхсодержаниеуглерода непревышает0,1-0,25% С.

Цементациюнасыщением С проводятлибо из твердойсреды, либо вспециальныхгазовых печах,куда вводятсяпредельныеуглеводороды,содержащиебольшое количествоС, твердая средасостоит из угляС = 80%, углекислойсоли CaCo_3.Дляактивногопрохождениянасыщенностиуглеродомнеобходимообеспечитьперенос С оттвердого карбюраторана поверхностьдетали. Этотперенос осуществляетсяза счет существованиягазовой фазы,содержащейокись углеродаСО. В печахзацементацияпроисходитза счет насыщениябезгазовойфазы, доставкаС на поверхностидетали осуществляетсяпри распаде предельных углеводородов.Процесс цементацииведется привысоких температурах порядка 900 – 950⁰С.Такая температуранеобходимадля переходаструктуры ваустенитноесостояние.

Температурацементациидолжна бытьдостаточновысокой, чтобыобеспечитьаустенитнуюструктуру ичтобы не вызватьрост зерна.Продолжительностьпроцесса цементацииопределяетсянеобходимойглубиной насыщаемогослоя и определяетсяисходя из скоростинасыщения 0,1мм/час. Общаяпродолжительность8-10 часов. Послеокончанияпроцесса цементациидеталь охлаждается,при этом происходитизменение еёструктуры.

Еслидеталь содержит0,1-0,25 % С, то исходящаяструктура былаФ+П.

Послецементацииструктураповерхностногослоя соответствуетизменениемструктуры надиаграмме Fe-C.При этом наповерхностидетали возникаетнеблагоприятнаяструктура, ввиде сплошнойсетки вторичногоцементита погранице зерен.

Несмотряна самую высокуютвердостьцементитнаясетка сильноохрупчиваетметалл и можетвызвать выкрашиваниеповерхности.

Дляисправленияструктуры иполучения нужных свойствдетали послецементациив обязательномпорядке подвергаютдополнительнойтермообработке.Она включаетв себя одинарнуюили двойнуюзакалку и последующий низкий отпуск.Если детальне имеет ответственногоназначения,то после цементацииприменяют однузакалку. Нагреваютдо 880-900⁰Си охлаждаютв масле. Закалкас такой температуройвызывает частичноерастворениецементитнойсетки. В результатевместо сплошныхвыделенийвторичногоцементита пограницам образуютсяотдельныемелкие включенияпо всему объемуметалла. Нозакалка с такойтемпературойсохраняеткрупнозернистоестроение стали.Поэтому вязкостьбудет пониженная.Отпуск притемпературе 160-180є С позволяетуменьшитьзакалочныенапряжениябез уменьшениятвердости.

Дляответственныхдеталей, подвергающихсяударным нагрузкамприменяютсложную ТО,которая состоитиз трех операций.

1. Высокотемпературнаязакалка

860-880єС, которая длякрупногабаритныхдеталей можетбыть замененана нормализацию.Эта операциятермообработкинаправленана устранениецементитнойсетки.

2. Закалка760-780є С (обязательная).Повторнаязакалка позволяетизмельчитьзерно в сталии соответственноповысить еёвязкость.

3. Низкийотпуск(1-2 часа). Цель –снятие закалочныхнапряжений.Дополнительнаяобработка послецементациипозволяетперевестиперлитнуюструктуру вмартенситную. Это обеспечиваетувеличениепрочности итвердостиповерхности.

Окончательныесвойства деталиполучаютсяпосле цементациипри термообработке,поверхностьбудет иметь700-750 НВ (кг/мм²),(58-62 НRО),середина своисвойства неизменяет: 180-200 НВ,(120-140 НRв).

Азотирование.

Этонасыщениеповерхностидетали азотом.

Азотированиепроводят вспециальныхгазовых печах,куда помещаютдетали, а затемподаетсядиссоциированныйаммиак, т.е. проходитраспад аммиака.Диссоциацияаммиака проходитв специальныхавтоклапанахв присутствиикатализатора.Это нужно длятого, чтобы впечь поступалиатомы азота.

Температураазотирование520-550є С, т.е. она невысокая, таккак растворимостьазота в ферритевполне достаточная.Поэтому азотированиеможно проводитьпосле окончанийтермообработки,например, послезакалки и высокогоотпуска. Этопозволяетподвергатьазотированиюуже готовыедетали, прошедшиеобработкурезанием,шлифованием,т.е. не требуетсяоставлятьприпуски наокончательнуюобработку какпри цементации.

Низкаятемператураазотированияне позволяетполучить глубокогонасыщенияповерхностей.Поэтому обычнаятолщина азотированногослоя 0,3 – 0,5 мм, апродолжительностьпроцесса в 2-3раза превышаетпродолжительностьцементации.

Дляповышенияэффекта износостойкостистали подвергаемыеазотированию обычно содержатCr,Al,Mo.Эти элементы,взаимодействуяс азотом, образуютсобственныеингредиенты,которые дополнительноповышают твердостьи износостойкостьповерхности.

38Х2МЮА– нитролоид.

Посравнению сцементациейазотированиеимеет преимуществои недостатки.

Преимущества:

1. Проводитсяпосле окончательнойтермообработки,поэтому нетребует дополнительныхприпусков.

2. Болеевысокая твердостьи износостойкость.

3. Болеевысокая устойчиваяпрочностьдеталей.

4. Болеевысокая коррозионнаястойкость.

5. Болеевысокая рабочаятемпература400-450є С.

Недостатки:

1. Болеетонкий слой.

2. Болеедлительныйпроцесс, требующийсложногооборудования,производительностьменьше.

Нитроцементация.

ЭтоХТО, при которойдеталь насыщаетсяодновременноуглеродом иазотом. Онанаправленана получениесвойств, включающихдостоинстваи цементациии азотированияодновременно.Если насыщениеС и Nпроисходитиз газовойфазы, то этотпроцесс называетсянитроцементацией,если процессидет из жидкойсреды (расплавленныхцианистыхсолей), то этотпроцесс называютцианированием.

Процесснитроцементациипроходит потемпературе,лежащей нижетемпературыцементации,но выше температурыазотирования(830-880є С). Чем вышетемпература,тем энергичнееидет процесснасыщенияуглеродом и,соответственно,результатыполучаютсяближе к цементации.Чем ниже температура,тем большенасыщение Nи свойствадетали ближе к азотированию.

Совместноенасыщение Nи С позволяетсократитьпродолжительностьпроцесса, аболее низкиетемпературыне позволяютусваиватьсязерну, поэтомусталь сохраняетсвоё вязкоесостояние.Применениенитроцементацииболее прогрессивно,чем чистаяцементация.После нитроцементациидеталь подвергаютзакалке и низкомуотпуску, причёмзакалка обычнопроводитсясразу послеокончания ХТОбез дополнительногонагрева.

Сульфатирование

Послесульфоазотированиядетали легчеприрабатываютсядруг к другу,снижаютсяпотери энергии,затрачиваемойна вращениедетали.

Сульфаазотированиечаще проводятиз газовойфазы, реже изпорошковойзасыпки. Глубинанасыщенногослоя 0,1-0,2 мм.

Силицирование.

Применяютдля деталей,работающихпри повышенныхтемпературах.Внедрение Siв поверхностьпозволяетповыситьжаростойкость,т.е. сопротивлениеповерхностиокислению привысоких температурах.После силицированияповерхностиобразуетсяокислы кремния,либо двойныеокислы FeSi₂O₄ - шпилеты.

Температурапроцесса 1100-1200єС. Глубина слоядостигает 0,8мм, но продолжительностьоколо суток.Если испытатьгазовую фазу,то в качествегазовой фазыиспользуютSiH₄– моносилан.

Силицированиечаще проводятодновременнос насыщениемдетали Al, этот процессназываюталюмосилицированием.В результатена поверхностиобразуетсяFeAlинтерметаллиднаяфаза и Al₂O₃.

FeAl₂O₄. Этопозволяетдополнительноповыситьжаростойкостьдетали.

Борирование.

Применяютдля инструментагорячегодеформированногометалла. Принасыщениестальных деталейбором на поверхностиобразуютсябориды: FeB,Ke₂B,Fe₄B, которые увеличиваюттвердость ижаростойкостьпри температуре800-1000є С, твердостьдо 700є С не изменяетсясовсем. Борированиепроводитсяиз порошковыхзасыпок притемпературах1000-1100є С. Глубинаслоя послеборированиядо 80-200 мкм, но стойкостьвысокая.

Недостаток– хрупкостьповерхности.При ударномвоздействиивозможно образованиемикротрещини скалываниеповторногослоя.

Насыщениеметаллов металлами(диффузионнаяметаллизация).

Принасыщенииповерхностидетали металламипроисходитобразованиетвердых ресурсовпо типу замещения,т.е. атомы основногокомпонентазамещаютсяв кристаллическойрешетке атомамилегирующегоэлемента. Процессдиффузии потипу замещенияидет гораздомедленнее, чемпо механизмувнедрения.Поэтому процессдиффузионнойметаллизациитребует болеевысоких температури длительныхвыдержек. Наиболеечасто применяютнасыщение поверхностиAl,Cr,Ti,Zn.

Аллитирование.

Применяютдля стальныхи никелевыхдеталей с цельюповышенияжаростойкостиповерхности,образуются Al₂O₃.Аллитированиеможно проводитьдвумя способами:

1. Аллитированиеиз порошковойсмеси

Вэтом случаеберут порошокFeAl. Нагревают до температуры1050-1150є С и выдерживаютот двух до двадцатичасов. Хлорвзаимодействуетс Al(ALCL₃)и за счет образованияэтого хлористогоAlпроисходитперенос Аlна поверхностьиз порошка.

2. Погружениедетали в расплавАl,выдержка вванне и затемнагрев до рабочейтемпературыаллитирования.

Хлорирование.

Хлорированиеприменяют сразными целями:

1. Длямалоуглеродистыхсталей с содержаниемС

Глубинанасыщения Сrзависит отэксплуатационныххарактеристикдеталей.

2. %С> 0,41% - средне иливысоко углеродная сталь. В этомслучае хромированиеприменяют дляповышениятвердости иизносостойкостиповерхности.

Увеличениетвердостипроисходитза счет образованияв сталях карбидовхрома, которыеи повышаютслужебныесвойства деталей:Сч₂₃С_6.

Вотличие отгальваники,ХТО называюттвердымхромированием.

Берутпорошок FeСr,добавляют Al₂O₃и NH₄Cl.При хромированииможно получитьтолщину до 0,2мм. Мягкоехромированиеиспользуетсядля повышениякоррозионнойстойкости труб,фланцев.

Титанирование.

НасыщениеTiповышает коррозионнуюстойкость иповышаеткавитационнуюстойкость.

НасыщениеTiпроводят изпорошковыхсмесей FeTi.

Цинкование.

Защищаетот коррозии.Насыщение Znпроводят погружениемдетали в расплав.Температурарасплавленногоцинка в ванной350-550є С. Время пребыванияв расплавленнойванне 1-10 минут.Толщина цинковогопокрытия 10-30микрон.

Термомеханическаяобработка(ТМО).

Этосочетаниепластическойдеформациии термообработки,при чем наклеп,возникший придеформациивлияет на фазовыепревращенияпри термообработке.Различают ТМОстали и стареющихсплавов.

ТМОСталей.

Применяют2 вида ТМО: ВТМОи НТМО.

ПриВТМОсталь нагреваютдо аустенитногосостояния,затем охлаждаютв областьвысокотемпературнойустойчивостиаустенита,проводят горячуюдиффузию, затемсразу делаютзакалку и посленеё низкийотпуск. Во времягорячей деформацииаустенитаобразующийсянаклеп частичноснимается засчет процессовдинамическойполигонизации.

Степеньдиффузии выбираетсятакой, чтобыне допуститьполного снятиянаклепа за счетдинамическойрекристаллизации,т. е. после горячейдеформацииобразуетсяполигонизованнаяструктурааустенита сбольшим количествоммалоугловыхграниц.

Призакалке образуетсямелкоигольчатаяструктурамартенсита,которая сохраняетповышеннуюплотностьдефектовкристаллическогостроения аустенита.В результатепосле ВТМОудается повыситьпрочность сталина 20- 30 % с сохранениемвязкости посравнению собычной закалкой.

ПриНТМОгорячая деформацияпроводитсяв областинизкотемпературнойустойчивостиаустенита, т.к. температурадиффузии невысокая,то практическивесь наклепсохраняетсяи наследуетсяв сталях послезакалки. НТМОпозволяет резкоувеличитьдефективностькристаллическойрешетки и засчет этогоповысить прочностьпочти в 2 раза.Однако при этомснижаетсяпластичностьи вязкостьприблизительнона 15- 20 %. Проведениегорячей деформациипри низкойтемпературе,требует оченьмощного оборудования.Поэтому НТМОчаще применяютпри прокаткелистов, профилейили труб.

Длятого, чтобыпроводить ТМОнеобходимоиметь достаточныйинтервал устойчивостиаустенита.Поэтому ТМОпроводят, какправило, длялегированныхсталей. Легированныеэлементы смещаютвправо с-образныекривые, увеличиваятем самым областьустойчивостиаустенита.

ТМОстареющихсплавов.

Длястареющихсплавов можноприменить НТМО,ВТМО, ВНТМО иПТМО.

1.НТМО- низкотемпературнаятермообработкаприменяетсячаще всего(80%).При НТМО вначалепроводитсязакалка, затемхолодная пластическаядеформацияи последующиестарение. Прихолодной деформациизакаленногосплава возникаетнаклеп, т.е.повышаетсяплотностьдефектовкристаллическогостроения. Припоследующемстарения распад пересыщенноготвердого раствораначинаетсязарождениеми появлениемупрочняющихфаз на дефектахкристаллическогостроения, т.е. происходитблокированиедислокацийинтерметаллиднымифазами и дляих смещениятребуетсядополнительноеусилие. Следовательно,прочностьсплава увеличивается.

2.ВТМО– при ВТМО горячаядеформациясовмещаетсяс нагревом подзакалку, однакостепень диффузиидолжна бытьтакой, чтобыне вызватьснятия наклепа,за счет прохождениядинамичнойрекристаллизации.

Последиффузии всплаве образуетсяполигонизованнаяструктура,которая сохраняетсяи после диффузиии после последующегостарения. ПриВТМО эффектувеличенияпрочностидостигает 10-15 % при сохранениивязкости. ВТМОвозможна тольков тех случаях,когда температуранагрева подгорячую деформациюи под закалкусовпадают.

3. ВНТМО:сочетание ВТМОи НТМО.

4.ПТМО-предварительнаяТМО. При ПТМОдеформация(горячая илихолодная) проводятсядо закалки,поэтому основнаязадача закалки– это провидениенагрева и охлаждениятак быстро,чтобы, не допуститьснятия наклепа,т. к. сделатьэто очень трудно,то ПТМО применяетсяочень редко.

Легированныеи специальныестали.

Легированнымиили специальныминазывают такиестали, которыев своем составекроме углеродасодержат ещедополнительныедобавки, введенныев состав с цельюнаправленногоизменения еесвойств. Такиедобавки называютсялегирующимиэлементами(добавками).Основное отличиелегирующихэлементов отпримесей заключаетсяв том, что ихколичествоопределяетсянеобходимоймерой изменениясвойств стали,в то время какдля примесейколичествоопределяетдопустимуюмеру ухудшениясвойств. Однии те же элементымогут игратьроль примесейили роль легирующихэлементов, нопримеси попадаютв сталь случайноили с шихтой,в то время каклегирующиеэлементы вводятсяспециально.К основнымлегирующимэлементамотносят: Cr,Ni,Mo,V,Mn,Si,Al.Количествовводимых легирующихэлементов можетизменятьсяот долей процентадо десятковпроцентов.Влияние легирующихэлементовпроявляетсяв измененииструктуры и,соответственно,свойств стали.

Влияниелегирующихэлементов наполиморфноепревращениев сталях.

Большинстволегирующихэлементов, привведении ихв сталь, изменяюттемпературуначала и концаполиморфныхпревращений.

1.Первая группалегирующихэлементовотличаетсятем, что понижаетточку А₃и повышаетточку А₄.В группу входятNi,Mn,Pt.Введение легирующихэлементов,которые понижаетточку А₃и одновременноповышает точкуА₄,расширяя областьсуществованияаустенита,называютаустенизаторами.При содержаниилегирующихэлементовбольше Скр,структура будетаустенитная,без полиморфныхпревращений.

2.Вторая группалегирующихэлементовотличаетсятем, что повышаетточку А₃и понижаетточку А₄.В группу входятSi,Ti,V,Mo.Введение легирующихэлементовповышает точкуА₃и одновременнопонижает точкуА₄.В этом случаепроисходитзамыканиеобласти существованияаустенита и,при содержаниилегирующихэлементовбольше С_КР,полиморфныхпревращенийв стали не будет.Такие легирующиеэлементы, которыестабилизируютФеррит, называютсяферритизаторами.

Еслив сталь вводят легирующиеэлементы сразличнымвлиянием наполиморфныепревращения,то окончательнаяструктура сталиможет бытьразличной, взависимостиот соотношениялегирующихэлементов итемпературноговоздействия,т.е. сталь можетбыть с ферритной,феррит + аустенит,аустенитнойструктурой.

Взаимодействиелегирующихэлементов сжелезом и углеродом.

Повзаимодействиюс железом, легирующиеэлементы делятсяна три группы:

1.Легирующиеэлементы,отличающиесяслабым взаимодействиемс железом. Такиелегирующиеэлементы либовообще невзаимодействуютс железом, либообразуют твердыерастворы оченьмалых концентраций.Например, Pb,K,S.Такие легирующиеэлементырасполагаются,как правило,по границамзерен, ухудшаятем самым связьмежду ними. Врезультатепрочностныесвойства падают,но улучшаетсяобрабатываемостьрезанием (автоматнаясталь).

2.Легирующиеэлементы,отличающиесяобразованиемс железом твердыхрастворов. Какправило, увеличиваетсяпрочность итвердость, новместе с этимодновременнопонижаетсяпластичностьи вязкость.Образованиетвердых растворовможет идти потипу замещенияили внедрения.Растворы замещенияобразуют легирующиеэлементы –металлы, а твердыерастворы внедренияобразуют легирующиеэлементы –неметаллы (B,N).Образованиетвердых раствороввнедренияособенно сильноувеличиваеттвердость ипонижаетпластичность.Лишь один легирующийэлемент увеличиваетпрочность,пластичность,вязкость иодновременноснижает порогхладноломкости– это Ni.

3.Образованиеинтерметаллидов.При образованиилегирующимиэлементами химическихсоединенийс железом, образуютсяинтерметаллидныефазы: FeCr,FeAl.Это приводитк резкому увеличениюпрочности итвердости, ноодновременноснижает вязкостьи пластичность.

Повзаимодействиюс углеродом,легирующиеэлементы делятсяна две группы:

Карбидообразующие.К ним относятCr,W,Ti,Mo.К не карбидообразующимотносят Ni,Al,Cu,Si,Mn.Карбиды относятсяк фазам внедрения,поэтому ихпоявление всталях вызываетрезкое увеличениепрочности итвердости, содновременнымснижениемвязкости ипластичности.Легирующиеэлементы влияютна положениекритическихточек в сталяхи основныхлиний на диаграммеFe-C.Введениекарбидообразующихэлементовповышает точкиА₁и А₃,т.к. карбидылегирующихэлементов болееустойчивы ирастворяютсяв железе приболее высокихтемпературах,чем обычныйцементит. Поэтомувведение легирующихэлементов,образующихкарбиды, вызываетнеобходимостьповышениятемпературотжига и закалки.Введениекарбидообразующихэлементовсмещает влевоточки Sи Eна диаграммеFe-C,поэтому, чембольше легирующихэлементов, темменьше содержаниеуглерода вперлите. Смещениеточки Е влевоможет приводитьк тому, что присодержанииуглерода 1,3-1,5% вструктуре могутнаблюдатьсявыделенияэвтектики –ледебурита.В обычныхуглеродистыхсплавах ледебуритприсутствуеттолько в чугуне.

Влияниелегирующихэлементов нафазовые превращенияпри термообработке.

Введениелегирующихэлементовизменяет положениеС – образныхкривых на диаграммеизотермическогопревращенияаустенита.

Практическивсе легирующиеэлементы смещаютС – образныекривые вправо,а точки Mnи Mkвниз. И толькоодин элементявляется исключением,действуетнаоборот – этоCo.Из-за смещенияС – образныхкривых вправо,изменяетсякритическаяскорость охлажденияпри закалке.

Присодержаниилегирующихэлементов более15-20%, интервалперлитногопревращениясмещаетсявправо настолько,что при охлаждениина воздухепревращениене наступаетвовсе. Началои конец мартенситногопревращениясмещается вобласть отрицательныхтемператур.В результатеАустенитнаяструктура сталисохраняетсяпри любыхтемпературах.Такую стальназывают стальюАустенитногокласса.

Наличиелегирующихэлементов встали делаетболее устойчивымзакаленноесостояние, т.е.мартенситсохраняетсяпри нагреваниив процессеотпуска доболее высокихтемператур.Так, если в обычнойуглеродистойстали мартенситпревращаетсяв троостит ужепри нагреваниидо 250є С, то в легированныхсталях мартенситможет сохранятьсядо температур450-550є С. Это позволяетиспользоватьтакую стальпри работе,например, сболее высокимискоростямирезания, илив качествеинструментадля горячейштамповки.

Изменениетвердостилегированнойстали при отпуске.

Сохранениетвердостилегированнойстали до болеевысокой температурыотпуска объясняетсяповышеннойустойчивостьюмартенсита,а также выделениемиз него приотпуске огромногоколичествамельчайшихкарбидов легирующихэлементов:Cr,W,Ti.Этот эффектназываетсядисперсионнымили вторичнымтвердением.

Маркировкалегированнойстали.

Длямаркировкилегированнойстали принятабуквенно-цифроваяформа, в которойкаждому легирующемуэлементу присвоенасвоя буква, ацифра, котораяследует за этойбуквой показываетсреднее содержаниеэтого элементав процентах.Если содержаниеэлемента близкок единице, тоникакой цифрыне ставится.

Условнолюбую маркумодно представитькак четыреотдельныечасти.

1. Она может бытьили не быть,обычно этобуквы. Перваячасть показываетна назначениестали: А – автоматная,Ш – шарикоподшипниковая,Р – режущая(быстрорежущая).

2. Здесь всегданаходятсяцифры, показывающиесодержаниев стали углерода.

10,20, 40 – в сотых доляхпроцента (любаясталь, кромеинструментальной).Если стоит однацифра 2-9, то этосодержаниеуглерода вдесятых доляхпроцента. Еслинет цифры, тосодержаниепримерно 1%.

3. Обозначениелегирующихэлементов иих количество.

А– азот (N),Б – ниобий (Nb),В – вольфрам(W),Г – марганец(Mn),Д – медь (Cu),

Е– селен Se),К – кобальт(Co),М – молибден(Mo),Н – никель (Ni),П – фосфор ( P),Р – бор (B),С – кремний(Si),Т – титан (Ti),Х – хром (Cr),Ф – ванадий (V).

Еслицифры нет, тосодержаниелегирующихэлементов 1%.Любая цифраравна числупроцентов.ИсключенияВ – 0,003%, N– 0,02-0,05%, Se– 0,3%. Иногда вмаркировкепоявляетсяцифра 1: 15Х1МФ –содержаниеCrбольше 1%, но меньше2%.

4. Буквеннаячасть. Буквыв конце маркипоказываюткачество сталиили метод ееочистки:

А– более высокоекачество, т.е.пониженноесодержаниевредных примесей(30ХГСА)

Ш– шлаковыйпереплав, т.е.дополнительнаяочистка продувкойшлаком.

СШ– синтетическимшлаком.

ВД– вакуумно-дуговойпереплав.

Исключения(маркировкадля служебногопользования).

1. Шарикоподшипниковыестали: ШХ6, ШХ9,ШХ15. Цифра показываетсодержаниехрома не в целых,а в десятыхдолях процента.

2. Режущие стали:Р9, Р18, Р6М5. Цифрапосле буквыР показываетсодержаниене углерода,а вольфрамав целых процентах.Углерода втаких сталяходинаковоеколичество– 1,2%.

3. Марки для служебногопользования.Эти марки нерасшифровываютхимическийсостав, а показываютна завод-изготовитель(Э – электросталь,Д – днепроспецсталь).Вторая букваможет быть илине быть: И –исследовательская,П – пробная.

Классификациялегированнойстали.

Однойобщепринятойклассификациилегированнойстали, в настоящиймомент, несуществует,и поэтому приняторазделятьлегированныестали по несколькимпризнакам:

1.Классификацияпо структурев равновесномсостоянии(после медленного охлаждения).Разделяют на4 группы:

1).Равновесноесостояние

Доэвтектоидная

Эвтектоидная

Заэвтектоидная

Ледебуритная(карбидная)

2). По структурев нормализованномсостоянии(после охлажденияна воздухе).

2.Классификацияпо качеству(по содержаниювредных примесей)

1. Обыкновенногокачества (S– 0,03%, Р – 0,04%)

2. Качественнаясталь (S– 0,025%)

3. Высококачественнаясталь (S– 0,015%)

4. Особовысококачественнаясталь

Качествовлияет на прочность,стойкостьпротив разрушения.

3. Классификацияпо содержаниюлегирующихэлементов.

Малолегированнаясталь – до 2,5%легирующихэлементов.

Среднелегированнаясталь – 2,5-10% легирующихэлементов.

Высоколегированнаясталь – более10% легирующихэлементов.

Еслисодержаниежелеза не менее45%, то – это сталь.Если меньше,то –сплав.

4. Классификацияпо назначению

Конструкционныестали: деталимашин, конструкции,узлы, механизмы.

Инструментальныестали

Сталии сплавы соспециальнымисвойствами.

Конструкционныестали.

Понятиео конструкционнойпрочности

Подконструкционнойпрочностьюпонимают способностьвсей конструкциидлительноевремя надежноработать вразличныхусловиях эксплуатациибез катастрофическихразрушений.Конструкционнаяпрочность –это интегральнаяхарактеристика,объединяющаяв себе несколькогрупп факторов.

1. Металлургическиефакторы (природаматериала).Сюда относятхимическийсостав, микроструктуру,кристаллическуюрешетку, наличиедефектов, полиморфныхпревращенийи т.д.

2. Конструктивно-силовыефакторы. Сюдаотносят конструкцию,напряженно-силовоесостояние,масштабныйфактор, факторформы и т.д.

3. Внешние факторы.Сюда относятналичие агрессивныхсред, электромагнитныхполей, абразивногоизноса, температуру.

Длятого, чтобыуспешно противостоятьвсем разрушающимфакторам привыборе материаладля той илииной детали,необходимоучитывать целыйряд параметров.

Выборстали для деталейконструкционногоназначения.

1.Прочность.

Первойхарактеристикой,по которойосуществляютвыбор сталидля той илииной детали,является прочность.Однако прочностьконструкциирассчитываетсяиногда не изпредела прочностиσ_В,а исходя изпредела текучестиσ_0,2,т.к. величина0,2 – это δ=0,2%, т.е.максимальнодопустимаядеформация.Если деформациябудет больше,то искажениеформы деталиприведет котказу механизмав результатезаклиниванияили разрушения.Поэтому привыборе сталипод ту или инуюдеталь прочностьоцениваетсяпо пределутекучести.

2.Критическийдиаметр.

Большинствоконструкционныхдеталей приизготовленииподвергаетсяупрочняющейтермообработке,при этом свойствастали послетермообработки в значительноймере зависятот того, прокалиласьли деталь насквозьили нет. Еслидеталь массивнаяи не содержитлегирующихэлементов, топосле закалкисердцевинаостанетсянезакаленной.Такие деталибудут плохоработать нарастяжение,и особенноплохо будутпротивостоятьзнакопеременнымнагрузкам, т.е.сопротивлятьсяусталости.Поэтому длядеталей, работающихна удар или наусталость,всегда ставятсятребованиясквознойпрокаливаемости.Прокаливаемостьстали оцениваетсяпо критическомудиаметру. Критическийдиаметр –максимальныйдиаметр, которыйможет закалитьсянасквозь взаданном охладителе.Таким образом,при выборемарки сталимаксимальныйразмер деталив сечении долженбыть меньшеили равенкритическомудиаметру.

Дляудобства выборатой или иноймарки сталидля деталейразличногоразмера, применяютсяспециальныетаблицы, в которыхвсе стали расставленыисходя из двухпараметров– предела текучестипосле термическогоулучшения икритическогодиаметра.

Табл.

3.Хладноломкость.

4.Ударная вязкость.Если деталипредназначеныдля работы приотрицательныхтемпературах,а так же условияхударного нагружения,т.е. динамическихнагрузок, тоследующимипараметрами,по которымпроводитсядальнейшийвыбор стали,являются температураполухрупкостиТ₅₀,а так же ударнаявязкость аnили вязкостьразрушенияК_1С.Температураполухрупкостипоказываеттемпературу,при которой50% излома носитвязкий характер,50% - хрупкий. Тоесть это границыхладноломкостидетали. Знаярабочую температуру,всегда нужновыбирать такуюсталь, чтобыграница хладноломкостибыла на 20-40є С нижерабочей. Длясниженияхладноломкостивводят Ni,Mo.Вязкость стализависит отразмеров зерна:чем мельчезерно, тем вышевязкость. Дляповышениявязкости вводятNi,Mo,Mn,W.

5.Дополнительныефакторы. Еслипо условиямработы деталиподвергаютсядополнительнымвидам износа(абразивныйизнос поверхности,окислениеповерхностив агрессивныхсредах, воздействиеповышенныхтемператур),то кроме типовыхфакторов привыборе маркистали учитываютсяи дополнительные,и подбираютсясоответствующиемеры для противодействияразрушающимфакторам(поверхностнаязакалка, ХТО,поверхностныйнаклеп, обдувкадробью, песком).

Низкоуглеродистыецементуемыестали.

Этагруппа сталейпредназначенадля изготовлениядеталей, обладающихповышеннойтвердостью,прочностью,износостойкостьюповерхностии одновременновязкой сердцевиной.Количествоуглерода в этихсталях 0,1-0,25%. Введениедополнительныхлегирующихэлементовнеобходимо,прежде всего,для повышенияпрочностисердцевины.Слой цементации0,6-1,2 мм, температурацементации950-980є С, выдержка,исходя из скоростицементации, 0,1мм/час. Примассовом производствецементациюпроводят вгазовых печах,при штучномили мелкосерийномпроизводстве– в твердойсреде (засыпаютуглем). Еслицементацияпроводитсяв газовой печи,то закалкапроизводитсянепосредственнопри выходе изпечи, т.е. бездополнительногонагрева. Послецементациивсе деталиподвергаютсяупрочняющейтермообработке,для ответственныхдеталей – двойнаязакалка (перваязакалка – 850-870єС, вторая закалка– 760-780є С) + низкийотпуск (180-200є С),для неответственныхдеталей – одназакалка сцементационнымнагревом (930-950єС) + низкий отпуск(180-200є С). Иногдавместо первойзакалки применяютнормализацию(измельчениезерна, устранениецементитнойсетки). Цементируемаясталь содержитCr,W,Ti– карбидообразующие,Ni,Si,Cu– не карбидообразующие.Карбидообразующиеэлементы повышаюттвердостьповерхности.

1.Стали с неупрочняемойсердцевиной– ст.10, 15, 20 (простыеуглеродистые).

2.Стали со слабоупрочняемойсердцевиной– ст. 15Х, 15ХР, 15ХГР.

3.Стали с сильноупрочняемойсердцевиной– ст. 12ХН3А, 20Х2Н4А,18ХНВА, 18ХГТ, 25ХГТ.

Среднеуглеродистыецементуемыестали.

Деталиответственногоназначенияработают, какправило, в условияхзнакопеременных,ударных нагрузоки поэтому требуютприменениясталей, сочетающихтакие характеристикикак высокаяпрочность,вязкость, а также сопротивлениеусталостномуразрушению.Такие характеристикиможно получитьв среднеуглеродистойстали, т.е. содержащей0,25-0,55% углерода.

1.Если к такойстали применитьполную закалкуи низкий отпуск,то можно получитьочень высокийпредел прочности,но при этомочень маленькийзапас вязкости.Поэтому чащевсего послезакалки такуюсталь подвергаютвысокому отпуску.При этом пределпрочностинесколькопонижается,но зато удаетсяполучить максимальновысокую вязкость,т.е. получитьмаксимальновысокую конструкционнуюпрочность.Сочетаниеполная закалка(820-850є С) + высокийотпуск (550-650є С)применяетсядля улучшаемыхсталей. Структурапосле такойзакалки – сорбит.Границ зеренне видно. Максимальновысокая усталостнаяпрочностьдостигаетсятолько приусловии однороднойструктуры,поэтому в этомслучае деталидолжны иметьсквознуюпрокаливаемость.Если послезакалки в центредетали структурабудет перлитная,то такая детальбудет плохосопротивлятьсяусталости.

2.Но для обеспечениясквознойпрокаливаемоститребуется иметьмаксимальновысокий критическийдиаметр, т.е.максимальновозможныйдиаметр, накоторый прокаливаетсядеталь в данномохладителе.Критическийдиаметр, т.е.прокаливаемость,зависит отмногих факторов.Но главным изних являетсяналичие легирующихэлементов(кроме кобальта,легирующиеэлементы смещаютс-образныекривые вправо,увеличиваютустойчивостьаустенита,уменьшая темсамым критическуюскорость охлаждения).

Врезультатепри закалкескорость охлаждениядаже массивныхдеталей становитсявыше критической,и деталь закаливаетсянасквозь, т.е.основным механизмомвлияния легирующихэлементов наданную стальявляется увеличениепрокаливаемостистали.

3.Многие деталииз улучшаемойстали работаютв условияхповерхностногоизноса (в условияхтрения). Сопротивлениеизносу обеспечиваетвысокая твердость,но после высокогоотпуска твердостьстали составляет23-25 HRCи ее недостаточно.Поэтому какдополнительныйвариант упрочняющейтермообработкидля таких деталейприменяютповерхностнуюзакалку илиХТО (азотирование).Добавки V,Tiобразуют оченьстойкие карбиды,которые нерастворяютсяпри нагревепод закалку,поэтому сдерживаютрост аустенита.В результатесталь получаетсямелкозернистойи имеет высокуювязкость. Moи Wвводят в стальдля уменьшенияотпускнойхрупкости 2рода. Буква Ав конце означаетуменьшенноесодержаниевредных примесейSи P.

Выбортой или иноймарки сталииз этой группыпроводится,прежде всего,по пределупрочности ипо критическомудиаметру. Дляэтого пользуютсятаблицей, гдевсе стали размещеныпо категориямпрочности икритическомудиаметру. Покритическомудиаметру улучшаемыестали разделяютна 5 групп:

1.Критическийдиаметр до 20мм при охлаждениив воде. В этугруппу входятвсе простыеуглеродистыестали 30, 35, 40, 45, т.е.практическинелегированные(самые дешевыеи легкодоступные).

2.Критическийдиаметр 20-40 ммпри охлаждениив масле. В этугруппу входятстали 35Х, 40Х, 45Х.

3.Критическийдиаметр 40-60 мм.В эту группувходят стали38ХС, 25ХГСА, 30ХГСА,35ХГСА, 40Г2, 40ХГР,т.е. стали, содержащиедобавки Cr,Mn,Si.

4.Критическийдиаметр до 100мм. В эту группувходят стали30ХН3А, 35ХМ, 40ХН, т.е.стали, содержащиеCr,Ni.

5.Критическийдиаметр свыше100 мм (до 1000 мм). В этугруппу входятстали 38Х2Н2МА,35ХН3МА, 40ХНМА.

Высокоуглеродистыепружинные,рессорныестали.

1.Основное требованиек пружинно-рессорнойстали – этомаксимальныйпредел упругости.Величина пределаупругостизависит в основномот количествауглерода встали: чем егобольше, темвыше пределупругости.

2.Второе требование– высокаярелаксационнаястойкость(против сниженияпредела упругости).

3.Стойкость приусталостномнагружении.Требуетсявысокое качествоповерхности,дополнительнаяобработканаклепом (дробь,песок), чтобыне возниклитрещины усталости.

Термообработкапружинныхсталей.

Приизготовлениипружин пользуютсякак горячей,так и холоднойдеформацией.Горячая деформацияиспользуетсяпри изготовлениикрупногабаритныхпружин большогосечения.

Послегорячей навивкиприменяютзакалку и среднийотпуск, структура- троостит. Онпредставляетсобой мелкопластинчатуюструктуру,которая обладаетминимальнымзапасом вязкости,но, так как пружиныдолжны работатьтолько на упругость,то вязкостьне являетсяограничением.

Приизготовлениипружин небольшогопоперечногосечения можноиспользоватьпатентирование,т.е. изотермическийотжиг с последующейхолодной деформацией.После изготовленияи термообработкипружины подвергаюттщательнойобработкеповерхности(шлифовка, полировка,покраска), чтобыустранитьконцентраторынапряженийдля последующегоустраненияусталостныхтрещин. Повыситьусталостнуюстойкость можнотакже обработкой,создающейповерхностныйнаклеп.

Сталидля холоднойштамповки.

Кэтим сталямотносят, преждевсего, малоуглеродистыестали с содержаниемС =0,05 – 0,2%. Основныетребования:

1. Высокаяштампуемость,т.е. способностьприниматьобъемную формуиз плоскойзаготовки.

2. Высокоекачество поверхностидетали послехолодной штамповки.

Этитребованияобеспечиваются:

1. Механическимисвойствами.

2. Химическимсоставом.

3. Структурой.

Требованияпо механическимсвойствам:

1. Минимальнаятвердость(HRB)

2. Высокийпредел прочностиσ_В,низкий σ_Т

   
   –число текучести.

3. Высокаяпластичность.

Требованияпо химическомусоставу:

1. СодержаниеС

2. Суммарноесодержаниелегирующихэлементовменьше 1-1,5%

3. Минимальноесодержаниепримесей.

4. Нежелательноеприсутствиерастворенныхгазов.

Требованияпо структуре:

1.Зерно должнобыть средним(6-8 балл). Мелкоезерно вызываетповышеннуютвердость, листстановитсяболее жестким.Из-за этогобыстро изнашиваютсяштампы. Еслизерно крупное,то резко ухудшаетсякачество поверхности.Возникает“апельсиноваякорка”.

2.Недопустимаразнозернистость,т.к. крупноезерно припластическойдеформацииутоняется болеебыстро, чеммелкое, поэтомув этих местахпоявляютсятрещины, надрывы,приводящиек браку.

3.Перлит в этихсталях желательноиметь зернистый,а не пластинчатый.Стали с пластинчатымперлитом имеютменьшую пластичность.Нежелательнорасположениеперлита в видесетки по границамзерен, т.к. этоснижает пластичностьстали.

Листовуюзаготовку дляхолодной штамповкиполучают холоднойпрокаткой. Листпосле холоднойпрокатки сильноупрочняется,и не может бытьсразу подвергнутхолодной штамповке.Для снятия наклепа передхолодной штамповкойиспользуютрекристаллизационныйотжиг. Этототжиг проводятпри температуре680є С. Отжиг проводят либо для рулонов,тогда используюткамерную печь(выдержка 6-8 часов).В специальныхнепрерывныхагрегатахпроводитсяотжиг движущейсяленты. Принепрерывныхагрегатахтемпературныйрежим обеспечиваетодинаковуюструктуру повсей длинеленты. Высокоекачество поверхностиизделия зависитот склонностистали к деформационномустарению.Деформационноестарение этоэффект увеличенияпредела текучестииз-за повышенногосодержанияв сталях газов.

1. – криваярастяжениясталей, склонныхк деформационномустарению.

2. - кривая растяжениясталей, не склонныхк деформационномустарению.

Деформационноестарение возникаетблокированныхдислокацийпримеснымиатомами, которыеобразуют целыеатмосферы. Дляначала пластическойдеформациинеобходимооторвать дислокацииот этих атмосфер.Для этого требуетсяболее высокоенапряжение.Из-за этих атмосферпластическаядеформацияразвиваетсяпо объему металланеравномерно.В результатена поверхностистального листавозникает целаясетка линийскольжения,которая выглядиткак тонкиецарапины. Дляих устранениятребуетсядополнительнаяотделка поверхности,что не всегдавозможно. Чтобыпредотвратитьпоявление линийскольжения,сталь склоннуюк деформационномустарению передхолодной штамповкойподвергаютнебольшойпластическойдеформациина прокатномстане или вправильноймашине.

Малаяпластическаядеформацияпозволяетустранить зубтекучести. 2%вполне достаточно,чтобы оторватьдислокацииот примесныхатомов. Такаяпредварительнаяпластическаядеформацияназываетсядрессировкой.После дрессировкиэффект деформационногостарения вновьпроявляетсяпримерно через10-15 дней. Поэтомудрессировкунеобходимопроводить передхолодной штамповкой.Для того, чтобысделать стальнечувствительнойк эффектудеформационногостарения, в неев качестведобавок в небольшомколичествевводят Al(0,02-0,04%), V(0,2%)

ВрезультатеобразуютсяAlN,VN.Атомы азотаостаютсянеподвижными,эффект деформационногостарения исчезает.

Маркисталей, используемыхдля холоднойштамповки:08кп, 05кп – хорошаяпластичность,дешевые; 08пс,08сп – сталь болеежесткая; 10, 15, 20, 10кп,10пс, 10сп.

Нестареющиестали: 08Ю, 08Ф, 10ЮА,08ГСЮТ, 08ГСЮФ.

ДФМС– двухфазныемартенситныестали.

Низкийпредел текучести,высокий пределпрочности.

Химическийсостав:

пластичность0,03-0,06% С, 0,5% Cr,0,2% Mn,0,5-1,5% Si.Сталь с такимхимическимсоставом послеохлаждения,после горячейпрокатки илипосле специальнойтермообработки,которая заключаетсяв быстром охлаждениис температуроймежду точкамиАс1 и Ас3, имеетструктуруФеррит + Мартенсит(М – 10-30%). Ферритобеспечиваетвысокую пластичность,низкий пределтекучести.Мартенситобеспечиваетвысокий пределпрочности (

=0,5 – 0,6). В исходномсостоянии стальобладает высокойпластичностью,но после холоднойдеформации,упрочнениезатрагиваетглавным образомферритнуюструктуру, т.е.происходитбыстрое упрочнениеметалла. В результатеполучаетсяготовое изделиес высокой прочностью,поэтому из этихсталей делаюттакие изделия,как колесныедиски для грузовиков,бамперы, лонжероны,рамы. Самыедешевые марки09Г2С, 03ХГЮ, 06ХГС.

Высокопрочныестали

Кним относятсястали с σв >1400-1500 мПа. Самыепрочные достигаютσв=3000 мПа.

Также обладаютвысоким пределомтекучести σт> 1350-1400 мПа, т.е. стали- высокопластичные.Высокопрочныестали применяютсяв авиации иракетной технике,т.к. они позволяютпри заданнойпрочностиснизить весконструкции.Чтобы получитьвысокую прочностьнеобходимопровестисоответствующеелегирование,обеспечитьвысокую чистотуметалла, получитьструктуру засчет термообработки,которая обеспечивалабы заданныехарактеристики.Высокую прочность,твердость можнополучить и вобычных углеродистыхсталях послезакалки и низкогоотпуска, но приэтом такаясталь обладаетвысокой хрупкостью,т.е. не можетсопротивлятьсяударным нагрузкам.Поэтому такиестали отнестик высокопрочнымможно лишьусловно. Квысокопрочнымсталям относятте стали, которыеобладают высокимсопротивлениемк хрупкомуразрушениюК_1С= 200-300 кДж/мІ.

Дляповышениявязкости стали,в нее обычновводят большоеколичествоNi,Mo,Mn.Для повышенияпрокаливаемостисталь должнасодержать Cr,Si.Для образованияупрочняющихинтерметаллидныхфаз добавляютTi,Al,W.Несмотря нато, что С – самыйсильный упрочнитель,повышение егоконцентрацииведет к снижениювязкости. ПоэтомусодержаниеС

НУС– низкоуглеродистыестали.

СУС– среднеуглеродистыестали.

ВУС– высокоуглеродистые стали.

МСС– мартенситностареющие.

МАС– стали с метастабильнымаустенитнымсостоянием.

Низкоуглеродистыестали

Книзкоуглеродистымотносятся сталис содержаниемуглерода 0,1-0,15% .

Дляповышениявязкости всталь вводят1-2% Mn.

Дляповышенияпрокаливаемостив сталь вводят0,5-1% Cr.

Низкоуглеродистыестали подвергаютзакалке (500-600є С)и низкому отпуску.

Послетермообработкиполучаетсяотпущенныймартенсит.Упрочнениепроисходитза счет образованиякарбидов, нитридов,а также интерметаллидныхфаз.

Самаядешевая сталь– 14Г2АФ.

Самаядорогая – 14ХГН2МДАФ.

Пределпрочности всталях σв

Среднеуглеродистыестали.

Данныестали применяютсядля изготовлениятяжело нагруженныхдеталей машин,крепежныхдеталей.

Химическийсостав: 0,3-0,4% С, 1-2%Mn,1-2% Ni,0,5-1% Cr,0,5-1,5% Si,0,2-0,4% Mo,до 0,2% Ti.

Типовойрежим термообработки:полная закалка+ отпуск (200-400є С)

Основныестали группы:30ХГСН2А, 40ХСН2МА.

Высокоуглеродистыестали.

Квысокоуглеродистымотносятся сталис содержаниемуглерода до0,7% .

Ихосновное назначение– это получениеканатной проволоки.При изготовленииприменяютпатентирование,быстро охлаждаютдо получениямелкозернистойструктуры Ф+Пи тут же подвергаютхолодной деформации– волочению.Сочетаниеультрамелкойструктуры инаклепа позволяетполучить впроволокеσв=3000-5000 мПа. Из-замалой вязкостиконструкционныедетали из этойстали не делают.

Мартенситно-стареющиестали.

Извсех высокопрочныхсталей онинаиболее частоиспользуются.Это объясняетсясочетаниемвысоких механическихсвойств (сталихорошо свариваются,обладают высокойкоррозионнойстойкостью,они не меняютсвоих размеровпри закалке,не подвергаютсяобъемным изменениям).Основным отличиемявляется полноеотсутствиеуглерода (менее0,03%). Упрочнениепроисходитза счет термообработки,которая включаетв себя закалку(900-1000є С) и последующеестарение (350-480єС).

Послезакалки этистали имеютбезуглеродистыймартенсит.Поэтому необладают высокойпрочностью.В таком состояниистали могутподвергатьсяпластическойдеформации,обработкерезанием,шлифованием.Окончательновысокие механическиесвойства достигаются,когда полностьюготовое изделиеподвергаетсястарению.

Впроцессе старениявнутри мартенситавыделяютсяинтерметаллидныефазы, которыерасполагаютсявокруг дислокацийи блокируютих перемещение.В результатерезко увеличиваютсяпрочность итвердость.Чтобы получитьтакие свойства,сталь должносодержать Ni– 12-20%, Co– 8-12%, Mo– 5-10%, Ti– 1-2%, Cuдо 0,5%. БольшоеколичествоNiведет к резкомупонижениютемпературыначала мартенситногопревращения.Наиболее широкоизвестнаямарка: Н18К9М5Т.

Сталис метастабильнымаустенитнымсостоянием.

Внастоящее времяэти стали обладаютнаивысшимсочетаниемпрочности ивязкости. Поэтомуявляются самыминадежнымиконструкционнымиматериалами.Сочетаниевысоких механическихсвойств обеспечиваетсятехнологиейих обработки,а так же химическимсоставом: С до0,3%, Niдо 25%, Moдо 4%, Mn10-12%, Cr10-12%, Siдо 2%.

БольшоеколичествоNi,Mo,Mnведет к тому,что после закалкимартенситногопревращенияне происходит,т.е. структураостается аустенитной.Если такуюсталь подвергнутьдеформации,то возникающийнаклеп переводитаустенит внестабильноесостояние.Степень деформациивыбираетсятакой, чтобыполучить вданной стальнеустойчивоесостояние, т.е.последующееохлаждениеили дополнительнаядеформациябудут вызыватьв стали мартенситноепревращение.Переход аустенитав мартенситбудет наблюдатьсяне во всем объемедетали, а лишьв тех местах,где появляютсямикротрещины.Образованиемикротрещинсопровождаетсялокальнойпластическойдеформациейее вершины, ноэта деформациявызывает мартенситноепревращение,в результатечего прочностьв этом местеувеличиваетсяи разрушениепрекращается.Металл сам себя“лечит” в техместах, гдепоявляютсяразрушения.Такой эффектсамоупрочненияв процессеэксплуатациипозволяетдеталям работатьдлительноевремя без разрушения.Недостатоктаких сталей– высокая стоимость,необходимостьпроведениятеплой деформацииTдеф=300-500єС, требуетсямощное оборудование.По такой технологииможно выпускатьотдельные видыполуфабрикатов(листы, профиликруги).

Основныестали: 25Н24М4,24Н21Г2С2М4, 30Х10Г10 и14Х14АГ12.

Шарикоподшипниковыестали.

Шарикоподшипниковыестали по назначениюотносят кконструкционным,но по химическомусоставу онипопадают вобласть инструментальныхсталей и находятсякак бы на границе.Основные требованияопределяютсяназначением:

1.Высокая статическаягрузоподъемность,т.е. способностьвыдерживатьвысокую нагрузкус минимальнойдеформацией(ε

2.Высокая контактнаяусталостнаяпрочность.Зависит, преждевсего, от наличияв стали неметаллическихвключений. Они,обладая высокойхрупкостью,разрушаютсяи дают началодля появленияусталостнойтрещины, поэтому,для повышениястойкости сталипротив контактнойусталости,применяютдополнительнуюочистку сталиот вредныхпримесей.

3.Высокая твердость

4.Высокая износостойкость.Эти два требованиязависят отсодержаниякарбидов встали. Наличиекарбидов хромавлияет на твердостьи износостойкость.

5.Сквознаяпрокаливаемость.Глубина прокаленногослоя – 95% мартенсита.Для повышенияпрокаливаемостивводят Cr,Mn,Si.Siзатрудняетраспад мартенситапри отпуске.Это дополнительносохраняеттвердость.

Дляобеспеченияэтих требованийшарикоподшипниковыестали содержатС 0,95-1,15%, Cr0,6-2%, Mn1%, Si1%.

Маркировка:Первая букваШ показывает,что это шарикоподшипниковыестали, Х – хромв десятых доляхпроцента: ШХ6– 0,6% Cr,ШХ15 – 1,5% Cr,ШХ20 – 2% Cr.

Дляподшипниковсталь выбираютпо прокаливаемости:

ШХ6– до 5-6 мм.

ШХ9– 10-15 мм.

ШХ15– до 30 мм.

ШХ15СГ– свыше 30 мм.

Термообработка:закалка 840-860є С(маленькиешарики охлаждаютв масле, большие– в воде), отпуск180-200є С.

Послетермообработкиструктура –отпущенныймелкоигольчатыймартенсит сравномернораспределеннымимелкими карбидамиCr.Браком являетсякарбиднаянеоднородность,т.е. грубое выделениекарбидов пограницам зерен,а так же карбиднаяполосчатостьструктуры.

Рабочийинтервал температур:от –40є С до +200є С.

8Х4В9Ф2Ш– от 200є С до 600є С.

Инструментальныестали.

Основныетребованияк инструментальнымсталям:

1.Высокая твердость.Обеспечиваетсяхимическимсоставом итермообработкой.Химическийсостав: C,Cr,W,V,Mo,Ti,Nb,Co(карбидообразующиеэлементы).

Термообработка:а) закалка + низкийотпуск; б) термообработкана дисперсионноетвердение длявысоких рабочихтемператур.Высокую твердостьобеспечиваюткарбиды.

Еслисталь должнасохранятьтвердость дотемператур500-600є С, то применяюттермообработкуна вторичнуютвердость. Дляэтого проводятзакалку сталис максимальновысокой температурой,что обеспечиваетрастворениекарбидообразующихэлементов ваустените.После закалкитакой сталиобразуетсямартенсит, вкотором в твердомрастворе находитсябольшое количестволегирующихэлементов. Впроцессе последующегоотпуска происходитраспад мартенситаи одновременновыделение изнего большогоколичествавторичныхкарбидов. Выделениекарбидов сохраняеттвердость встали до температур500-600є С. Дальнейшееувеличениетемпературыведет к укрупнениюкарбидов, врезультатетвердостьпостепеннопадает.

2.Вязкость необходимадля инструментов,работающихс ударныминагрузками.Чем выше ударнаянагрузка, темвыше запас повязкости. Вязкость– свойствопротивоположноетвердости,поэтому увеличениетребованийпо вязкостиведет к снижениютвердости.

3.Износостойкость.Работа любогоинструментасвязана либосо снятиемстружки с заготовки,либо с изменениемформы заготовки,что сопровождаетсятечением металлапо поверхности.Такие условияработы вызываютизнашиваниеповерхности.Чем дольшесопротивляетсяизносу сталь,тем дольшеслужит инструмент.

4.Теплостойкость(красностойкость)– стойкостьпротив отпуска,т.е. сохранениетвердости приповышеннойтемпературе.Теплостойкостьчаще используетсядля штампов,красностойкость– для режущегоинструмента.Они обеспечиваютсятермообработкойи химическимсоставом.

5.Прокаливаемость.Для большинстваинструментовтребуетсясквознаяпрокаливаемость.

Поназначениюинструментальныестали делятна четыре группы:

1.Стали для режущегоинструмента.

2.Стали для штамповхолодной штамповки.

3.Стали для штамповгорячей штамповки.

4.Стали дляизмерительногоинструмента.

Сталидля режущегоинструмента.

Изэтих сталейизготавливаютрезцы, сверла,метчики, плашки,фрезы.

Сталидля режущегоинструментаделят на:

1.Углеродистыестали.

2.Углеродистыелегированныестали.

3.Быстрорежущиестали.

(1).Углеродистыестали: У7-У13.

Достоинствотаких сталей– дешевизна,недостаток– неглубокаяпрокаливаемость,т.е. при охлаждениив воде такаясталь прокаливаетсяна 10-15 мм, в маслене более 5 мм.Такая стальможет бытьиспользованадля мелкогоинструмента.Но этот недостатокможет быть идостоинством,если стальработает вусловияхдинамическогоразрушения(ручной инструмент).Углеродистыестали послезакалки и низкогоотпуска имеютвысокую твердость– 50-60 единиц. Ноу этих сталейневысокаякрасностойкость.При увеличениитемпературына режущейкромке выше350є С, происходитпотеря твердостии так называемаяпосадка режущейкромки, т.е. еезатупление.Поэтому инструментиз углеродистойстали можетработать толькос невысокимискоростямирезания. Онпредназначендля ручнойработы или дляработы в условияхинтенсивногоохлаждения.

Термообработка:закалка (У7-У8– 800-820є С, У9-У13 – 750-780єС) + низкий отпуск(160-180є С – 61-63 HRC,200-220є С – 57-59 HRC).Углеродистыестали используютдля изготовленияинструменты,работающегопри ударныхнагрузках(долото, зубило).

(2)Углеродистаялегированнаясталь.Для повышенияпрокаливаемостипри изготовлениикрупного инструмента,а так же дляповышениякрасностойкостив углеродистуюсталь вводятCr,Si,Mn,W,V.Vобразуеттруднорастворимыекарбиды, которыесохраняютсяпри нагреведо очень высокихтемператур.Эти карбидырасполагаютсяна границахзерен и поэтомусдерживаютрост зерна,предотвращаяперегрев стали.

Группаа.– стали с неглубокойпрокаливаемостью.Crдо 0,7%, W1,5-5%, Vдо 0,3%.

7ХФ,9ХФ – используютсядля изготовлениясверл, метчиков,плашек.

Термообработка:закалка 740-760є С,охлаждениев воде или масле+ низкий отпуск.

Группаб. –стали глубокойпрокаливаемости.Crдо 1,7%, W1-2%, Mn1-2%, Siдо 1%.

9Х,Х, 9ХС, ХГС, ХГВ– предназначеныдля изготовлениякрупного инструмента.

Термообработка:закалка 830-850є С+ низкий отпуск180-200є С.

Стали,содержащиеванадий, позволяютрегулироватьглубину прокаленногослоя за счеттемпературызакалки.

(3)Быстрорежущаясталь. Позволяетповысить скоростьрезания в 10 раз.Для того чтобыповысить скоростьрезания необходиморезко увеличитькрасностойкость.Это можно сделатьза счет карбидовW,V,Co,Mo.Карбиды этихэлементов принагреваниистали до 550-600є Сне изменяютсвоих размерови неизменнойостается твердость.

Составбыстрорежущейстали: С 0,9-0,95%, Cr3,8-4,2% (обеспечиваетпрокаливаемостьстали, карбидыCrповышаютизносостойкость),W3-18% (обеспечиваеткрасностойкость).Для повышениярежущей способностии красностойкостив сталь вводятCo5% (в некоторыхслучаях до20%), V3%. Стали, содержащиеCo,V,используютдля обработкинержавеющих,жаростойких,титановыхсплавов.

Технологияобработкибыстрорежущейстали включаетв себя:

1.Получениеслитка илипорошковойзаготовки.

2.Предварительнаяобработка,необходимаядля полученияравномернойструктуры,однородногораспределениякарбидной фазыи минимальнойтвердости передизготовлениеминструмента.

3.Окончательнаятермообработка,необходимаядля приданияинструментуслужебныхсвойств.

Получениеслитка (илипорошковойзаготовки)быстрорежущейстали затрудненосильной карбиднойликвацией, т.е.большое содержаниекарбидообразующихлегирующихэлементоввызывает появлениев этой сталиледебуритнойэвтектики. Дляустраненияхимическойнеоднородности,а так же крупныхкарбидов, слиткиподвергаютвысокой гомогенизациии последующейгорячей деформации.Горячая деформацияпроводитсяв разных направленияхдля раздробленияи измельчениякарбидов. Чеммельче карбиды,тем выше свойствастали. Максимальномелкие и равномернораспределенныекарбиды можнополучить, используятехнологиюпорошковойметаллургии.Для этогорасплавленныйметалл не отливаютв слиток, а распыляютв мелкий порошок.Образовавшийсяпорошок подвергаютгорячему прессованию.В результатезаготовка имеетоднороднуюструктуру сочень мелкимраспределениемкарбидной фазыпо объему. Назначениепредварительнойобработки –снижение твердости.Для этого проводятизотермическийотжиг при температуре840-860є С, затем проводятмедленноеохлаждениесо скоростью40є/час до температуры720-740є С. Потом охлаждаютсо скоростью50є/час до 600є С итвердостьсоставляет23-25 HRC.

Послеэтой обработкиструктура будетпредставлятьсобой сорбидообразныйперлит. Окончательная обработкавключает закалкуи многократныйотпуск приодной температуре500-550є С и продолжительностью1 час. Температурнаяостановка 840єС, чтобы не былорастрескивания.

Длябыстрорежущейстали применяютвысокотемпературнуюизотермическуюзакалку. Нагревзаготовок ведутв расплавахсолей, чтобыпредотвратитьокислениеповерхностии выгораниялегирующихэлементов иуглерода. Впроцессе нагреваделают однуили две температурныхостановки длявыравниваниятемпературыпо сечениюдетали. Температуразакалки лежитвплотную кточке А₄,это необходимодля растворениявысокотемпературныхкарбидов. Однаковыдержка подзакалку должнабыть короткой,чтобы не произошлоукрупнениязерна. Закалкапроводитсяс охлаждениемв горячей среде,либо ступенчатая,либо изотермическая(чтобы выровнятьтемпературупо сечению ине допуститьрастрескивания).Окончательноеохлаждениепроизводитсяна воздухе.Закаленнаяпо такому режимусталь имеетструктурумартенсит +карбиды + остаточныйаустенит. Послеизотермическойзакалки фазовыйсостав быстрорежущейстали состоитиз 15-25% карбиднойфазы МеС, 50% мартенситнойфазы и 20-25% остаточногоаустенита. Всплавах с большимсодержаниемСо количествоостаточногоаустенита можетдостигать 40%.Остаточныйаустенит являетсянежелательнойфазой, т.к. понижаеттвердостьстали, поэтомусразу послезакалки быстрорежущуюсталь подвергаютмногократномуотпуску. Отпускпроводитсяпри температуре500-560є С в течение1 часа. Во времяпервого отпускапроисходитснятие закалочныхнапряженийза счет переходамартенситазакалки в мартенситотпуска, а также за счет выделенияиз остаточногоаустенитаизбытка легирующихэлементов ввиде карбидов.При охлаждениястали послеотпуска аустенитпревращаетсяв мартенсит,однако этопревращениепроисходитне полностью.После первогоотпуска количествоостаточногоаустенитасоставляет12-15%. Для дальнейшегоуменьшенияостаточногоаустенитапроводят вторуюступень отпуска.В это времяпроисходитотпуск вновьобразовавшегосяаустенита идальнейшеевыделениекарбидов изоставшегосяостаточногоаустенита.После охлаждения2 ступени оставшийсяостаточныйаустенит переходитв мартенсит,количествоего 5-6%, поэтомупроводят 3 ступеньотпуска. Проходятте же процессы.После 3 стадиисодержаниеостаточногоаустенита недолжно превышать1-2%. Если количествоостаточногоаустенитабольше 2%, топроводят ещеодин отпуск.

Основныемарки: Р18, Р12, Р9,Р6М5, Р9М5Ф2, Р6М5К5.Самая теплостойкая– В11М7К23.

Твердыесплавы.

Твердыесплавы относятк режущим материалам,но они не являютсясплавами нажелезной основе.Они представляютсобой карбидыразличныхметаллов, скрепленныемежду собойметаллическойсвязкой. В качествекарбидов используют:WC,TiC,TaC.В качествесвязки используютCo,Ni.Изготавливаюттвердые сплавыметодом порошковойметаллургии.Первоначальнокарбиды смешиваютс порошком Coи добавляютпластификатор(грубый парафин).Смесь подвергаютхолодномупрессованию,получают заготовку.Заготовкуотправляютв вакуумнуюпечь, где притемпературе1500-1800є С происходитвыгораниепластификатора.Одновременнопроисходитрасплавлениеметаллическойсвязки. В результатечастицы карбидовоказываютсяплотно связанымежду собой.Далее идетзаточка. Послеможет проводитсянапылениенитрида титанаTiN.

Штамповыестали.

Используютсядля изготовленияинструмента,работающегобез снятиястружки.

Сталидля штамповдля холоднойдеформации.

Сталис повышеннойизносостойкостиприменяютсядля разделительныхштампов, а также для штампов,работающихс малой относительнойскоростьюперемещениязаготовкиотносительноштампа. Так какразделительныеоперации связаныс резаниемметалла, дляштампов такогоназначенияприменяютрежущие сталиУ7-У13, легированные7ХФ, 9ХФ, 11ХФ (с невысокойпрокаливаемостью)и 9Х, Х, 9ХС, ХГС (свысокой прокаливаемостью).Выбор сталиопределяетсяразмерами, т.е.прокаливаемостью,стоимостью.

Такойвид штамповкипредполагаетскольжениеметалла в заготовкепо поверхностиштампа. Такоескольжениебыстро изнашиваетштамп, что требуетего ремонтаили замены. Поэтому длясталей, используемыхдля изготовленияштампов требуетсявысокая износостойкость.Износостойкостьзависит оттвердости. Врезультатеколичествокарбидов примерно18-22%. Большой недостатокхрома – егосклонностьк ликвации. Врезультатевозникаеткарбиднаянеоднородность.После горячейковки такойзаготовкикарбиднуюнеоднородностьудается уменьшить,но полностьюустранить неполучается.Возникаетполосчатость.Такой дефектможет вызватьпреждевременныйизнос в видеизнашиванияили расслоения.Чтобы уменьшитькарбиднуюнеоднородностьCrчастично заменяютMo,V,W.Такая заменапозволяетповысить твердостьштампа.

Основныестали: Х6ВФ, Х6Ф4,Х12М, Х12М, Х12Ф, Х12.

Термообработкатакой сталивключает в себявысокотемпературнуюзакалку притемпературе950-1050є С и низкийотпуск 170-190є С.Твердость послетермообработкиHRC62-64. нагрев подзакалку ведуточень медленно,чтобы нагревбыл равномерный.Охлаждениепроводитсяв масле, либопроводятизотермическуюзакалку. Особенностьстали заключаетсяв высокой стойкостипротив отпуска.Структурастали: мартенсит+ карбиды + остаточныйаустенит. Остаточныйаустенит добавляетвязкость стали,но тем не менееее не достаточно,поэтому штампыне могут работатьс резкими ударныминагрузками.

Сталис повышеннойтеплостойкостью.Из этих сталейизготавливаютинструментдля холоднойобъемной штамповки.Работа инструментахолодной объемнойштамповкисопровождаетсяего разогревомв поверхностномслое до температуры500-550є С. поэтомуна первое местов списке свойстввыходит высокаятеплостойкость.Для обеспечениявысокой теплостойкостиприменяютспециальныестали, которыевыдерживаютдлительнуюработу притакой температуре.СодержаниеС снижают до0,8-1%, т.к. ударныенагрузки. Crдо 4%, Mo,V,W– 1-2%. Количествокарбидной фазы10-15%.

Основныестали: 8Х4В2М2Ф2,8Х4В3М3С.

Термообработка:высокотемпературнаязакалка 1050-1100є С+ трехкратныйотпуск 550-560є С(чтобы убратьостаточныйаустенит).

Сталис высокой ударнойвязкостью.

Сталидля инструментагорячей штамповки.При горячейобработкедавлениемзаготовкапредварительнонагреваетсяв печи до рабочейтемпературы,затем перемещаетсяв штамп, гдепроисходитее деформирование.

Условияработы инструментагорячегодеформированияочень тяжелые.Переменныеударные нагрузкисочетаютсяс изменениемтемпературыповерхности.Во время деформированиягорячей заготовки поверхностьинструментаразогревается, затем послеудаления штамповкиповерхностьохлаждается.Изменениетемпературыповерхностиведет то красширению,то к сжатию. Врезультатена поверхностипоявляютсямикротрещины.С течениемвремени ониувеличиваютсяи могут привестик выкрашиваниюповерхности.Это явлениеназываетсятермическойусталостьюили разгаром.Скольжениегорячего металлапо поверхностиштампа происходитс большой скоростью.В результатеповерхностьштампа сильноразогревается.Это ведет котпуску металла,снижению твердостии быстромуизносу. Резкиеударные нагрузкивызывают повышениедавления внутриштампа. Этоможет вызватьпоявлениеусталостныхтрещин. Особенночасто они появляютсяв местах с малымрадиусом закругления.Такие условияработы штамповтребуют отсталей, из которыхони изготовляются,своего комплексасвойств:

1. Теплостойкость.

2. Необходимаяударная вязкость.

3. Высокая разгаростойкость.

4. Прокаливаемость.

5. Окалиностойкость.

6. Твердость иизносостойкость.

7. Стойкостьпротив налипания.

Сталигорячей штамповкиделят на 3 группы:

1. Стали с повышеннойвязкостью.

2. Стали с повышеннойтеплостойкостьюи средней вязкостью.

3. Стали с высокойтеплостойкостью.

1. Стали с повышеннойвязкостью.

Этистали предназначеныдля изготовлениямолотовыхштампов.

Основныестали: 5ХНМ; 5ХГМ;5ХВН.

Чтобыобеспечитьвысокую вязкостьсодержаниеуглерода должнобыть меньше0,5%, должны бытьлегирующиеэлементы: Mn,Ni,Mo.

Термообработкадолжна обеспечиватьмаксимальнуювязкость: закалка920-950є С + отпуск500-550є С. прокаливаемость300-500 мм (более 500 ммобеспечиваетсталь 5Х2МН7 послезакалки 980-1020є С).

2. Стали с повышеннойтеплостойкостьюи средней вязкостью.

Данныестали предназначеныдля изготовленияштампов, работающихна гидравлическихпрессах. Давлениев штампе 2000-2500 мПа.

Требуютсяследующиесвойства:

1.Высокая теплостойкость.

2.Высокая вязкость.

3..Основныестали: 4Х5МФС,4Х4ВМФС, 4Х5В2ФС.

Термообработка:закалка 880-1050є С+ высокий отпуск550-650є С.

3. Стали с высокойтеплостойкостью.

Данныестали предназначеныдля штамповкижаропрочных,коррозионностойкихтитановыхсплавов.

Основнаясталь: 3Х2В8Ф.

Повышениястойкостиповерхностипосле горячейштамповки можнодостичь методомХТО (азотирование,хромирование,насыщениеповерхностибором).

Сталидля волковпрокатныхстанов делятсяна две группы:

1. Стали для волковхолодной прокатки.

2. Стали для волковгорячей прокатки.

1. Стали для волковхолодной прокатки.

Данныестали должныобладать высокойтвердостью,износостойкостью,хорошей прокаливаемостью,необходимымзапасом вязкости,хорошей полируемостью.

ш200 мм – стали 9Х,9ХФ, 9ХВФС.

ш200-400 мм – сталь9Х2Ф.

ш400-600 мм – сталь60ХВС.

2. Стали для волковгорячей прокатки.

Данныестали должныобладать высокойтеплостойкостью,вязкостью.

Термообработка:закалка + высокийотпуск.

Сталидля измерительногоинструмента.

Требованияпредъявляемыек сталям:

1. Размернаястабильность

2. Высокая износостойкость.

3. Высокая твердость.

4. Высокая шлифуемость,полируемость.

Коррозионностойкиестали

Коррозиейназывают разрушениеметалла поддействиемхимическогоили электрохимическоговоздействияпод действиемокружаемойсреды. Основныефакторы воздействиякоррозии и еевлияние наэкономику:

1. Экономическийфактор – экономическиепотери промышленностив результатекоррозии.

2. Надежностьэксплуатацииобъектов илимашин.

3.Экологическийфактор.

Видыкоррозии:

1. Равномерная(поверхностная).

2. Местная (точечная).

3. Межкристаллитная(по границамзерен).

4. Коррозия поднапряжением(ножевая).

5. Электрохимическаякоррозия.

Межкристаллитнаякоррозия (МКК).

Железоне являетсякоррозионностойкимметаллом. Чистоежелезо активновзаимодействуетсо всеми элементами.Повыситькоррозионностойкостьможно введениемлегирующихэлементов,которые вызываютего пассивацию.Пассивация– эффект созданияна поверхностистальной деталитонкой защитнойпленки, подслоемкоторой являетсякислород. Результат– электронныйпотенциалстановитсяположительными поверхностьстановитсяменее склоннойк коррозии.УсиливаютпассивациюCr,Ni, Cu, Mo, Pt, Pd. Особенносильно влияетCr.

Химическийсостав: Cr13-30%, Ni4-25%, Moдо 5%, Cuдо 1%. В зависимостиот содержаниялегирующихэлементовструктура исвойства сталеймогут бытьразличными.Если стальсодержит восновном Cr,который стабилизируетферрит, то стальбудет ферритной(низкая твердость,низкая прочность,высокая пластичность).Если стальсодержит в себекроме CrC,то ее структурабудет мартенситной.Зная структурустали, можнопрогнозироватьее свойстваи назначатьрежимы термообработки.Для определения,к какому структурномуклассу относитсясталь, разработанадиаграммаШеффлера.

Экв.Ni = %Ni + 30(%C) + 0,5(%Mn).

Экв.Cr = %Cr + %Mo + 1,5(%Si) + 0,5(%Nb).

Crповышает коррозионнуюстойкостьтолько в томслучае, когдаего количествов растворепревышает 13%.Если количествоCrне слишкомвысоко и приэтом стальсодержит многоуглерода, топроисходитвзаимодействиеCrи С с образованиемкарбидов. Особенноэнергичнообразованиекарбидов наблюдаетсяна границахзерен. При этомколичествоCrв твердом раствореснижается. Иесли Crменее 13%, то границызерен становятсянезащищенными.В результатекоррозия легкоможет пересылатьсяпо границам,не затрагиваяцентров зерен.Если скоростьохлаждениявелика, то карбидыпо границамзерен образовыватьсяне успевают.КоличествоCrне снижаетсяменьше 13%. Еслискорость охлажденияочень мала, топри этом сначалаобразуютсякарбиды пограницам зерен.При этом количествоCrснижается, ноза счет диффузиииз центра зернапроисходитувеличениесодержанияCrи стойкостьвосстанавливается.Если охлаждениеидет такимобразом, чтосодержаниеCrна границахне успеваетувеличитьсяи остаетсяменьше 13%, то такаясталь склоннак межкристаллитнойкоррозии. Чтобысделать стальнечувствительнойк межкристаллитнойкоррозии, нужно:

1. Понизить содержаниеуглерода иазота.

2. Вводить в стальдругие карбидообразующиеэлементы болеесильные, чемCr(Ti,Nb).

3. Увеличитьскорость охлажденияпри термообработке.

4. Делать отжиг.

Хромистыенержавеющиестали.

Хромистыенержавеющиестали являютсясамыми дешевымии поэтому самымираспространенными.МинимальноесодержаниеCr13%. При содержанииCrбольше 13% стабилизируетсяα – фаза (феррит)и никаких полиморфныхпревращенийв таких сталяхне происходит.Нагрев вызываеттолько увеличениезерна. Длительнаявыдержка притемпературеоколо 600-650є С вызываетпоявление всталях интерметаллиднойфазы. Образованиетакой фазысильно охрупчиваетсталь, поэтомуявляетсянежелательной.Медленноеохлаждениеили длительнаявыдержка при500є С вызываетобразованиеупорядоченноготвердого раствора,что также вызываетхрупкостьстали. Такуюхрупкостьназывают 475єнойхрупкостью.Увеличениетемпературывыше 1000є С вызываетбурный ростзерна и какследствиеснижение вязкости,т.е. сталь тожестановитсяхрупкой. Поэтомупри всех вариантахизготовлениядеталей из этихсталей и ихтермообработкинеобходимоизбегатьтемпературныхинтервалов,при которыхвозможно охрупчиваниеи потеря вязкости.

Термообработкахромистыхсталей.

Термообработкасталей в зависимостиот необходимостиможет бытьсмягчающей,т.е. отжиг илиупрочняющей,т.е. закалка +отпуск. Отжигпроводитсялибо для устраненияхрупкости, либодля снятиянаклепа, либодля стабилизациихимическогосостава и устранениясклонностистали к межкристаллитнойкоррозии. Дляустраненияхрупкости,вызваннойпоявлениемупорядоченноготвердого раствора,применяют отжигс нагревом500-550є С. Время выдержкидолжно бытьменьше, чемτ_minприпоявлениихрупкости 475є.Скорость охлаждения10є С в минуту.Для устранениянаклепа, а также σ-фазы применяютвторой вариантотжига с температурой850-900є С. Скоростьохлаждения10є С в минуту.Третий вариантотжига применяетсядля массивныхдеталей, когдатребуетсястабилизироватьсодержаниеCrпо сечениюдетали, чтобыизбежать склонностистали к межкристаллитнойкоррозии. Выдержкаот 2 до 4 часов.Для хромистыхсталей мартенситногокласса применяютупрочняющуютермообработку:закалка + отпуск.Возможно применениеодной закалкибез отпуска,если детальнебольшихразмеров илиохлаждениеидет на воздухе.Для хромистыхсталей мартенситногокласса охлаждениев любом случаедает мартенситнуюструктуру.Поэтому применениеохлаждающихсред (вода, масло)не требуется.Лишь охлаждениепечью вызываетферритно-карбиднуюструктуру.Такой же структурыможно добитьсяпосле закалкии отпуска притемпературе650є С.

Наибольшаятвердостьдостигаетсяпосле закалки.В этом состояниисталь обладаетнаивысшейкоррозионнойстойкостью,т.к. Crнаходится втвердом растворе.Если требуетсясохранитьтвердость икоррозионнуюстойкость, тоотпуск сталипроводят притемпературе250-350є С. А если требуетсяповышеннаявязкость, топроводят высокийотпуск (650є С).

Состав,структура исвойства хромистыхсталей.

Основныелегирующиеэлементы:

1. Cr– 13-28%.

2. С – 0,05-1%.

3. Ti,Nb

4. Ni,Cu,Mo– вводятся дляповышениякоррозионнойстойкости ивязкости.

Хромистыестали делятна:

1. Cr 13%.

2. Cr 17%.

3. Cr 25-27%.

Увеличениесодержанияуглерода вызываетв хромистыхсталях мартенситноепревращение,так же появлениекарбидов. Чембольше карбидови С, тем

Посодержаниюуглерода сталиделят на:

1. Стали ферритногокласса (08Х13, 08Х17,05Х27).

2. Стали ферритно-мартенситногокласса (12Х13).

3. Стали мартенситногокласса (20Х13, 30Х13,40Х13).

4. Стали с мартенситом+ карбиды (65Х16,95Х18Ш).

Взависимостиот структурыстали изменяютсяее свойстваи назначение.Стали ферритногокласса из всеххромистыхотличаютсянаилучшейпластичностью.Из них изготавливаютлисты и другиеполуфабрикатыдля изготовлениядеталей с применениемсварки. Из всеххромистых сталиферритногокласса хорошоподдаютсясварке. Прииспользованиистали следуетпомнить, чтоона можетохрупчиватьсяпри медленномохлаждении,а так же приувеличениизерна. Поэтомув эти сталидобавляют Tiи Nb,которые образуюткарбиды. Такиестали называютстабилизированными.Для сталейферритногокласса применяютотжиг в разныхвариантах –1, 2, иногда 3.

Сталимартенситногокласса отличаютсявысокой твердостьюи прочностью,поэтому ихиспользуютдля изготовлениядеталей, которыедолжны сохранятьвысокую прочностьи твердостьпри работе вагрессивныхсредах. Длятаких сталейпроводят закалку+ низкий отпуск.

Сталисо структуроймартенсит +карбиды имеютбольшое количествокарбидов хрома.Они используютсядля изготовлениядеталей, которыеработают вагрессивныхсредах притемпературеот –150 до +250є С.Твердость 57HRC.Термообработка:закалка (1000-1150є С– воздух) + отжиг(250-350є С).

Хромоникелевыестали.

Еслисталь кромеCrсодержит ещеNi,Mn,Mo,то ее структураиз ферритнойможет изменитьсяна ферритно-аустенитнуюили даже начистую аустенитную.Т.е. после охлажденияна воздухесталь сохраняетаустенитнуюструктуру,которая неменяется нипри каких вариантахтермообработки.При содержанииNi>10%сталь становитсяаустенитной.Аустенит позволяетполучить нетолько коррозионнуюстойкость, нотак же и высокиетехническиесвойства. Стальхорошо поддаетсяобработкедавлением,сварке, сохраняетсвойства до600-700є С, не охрупчивается,не чувствительнак хладноломкости,но сталь склоннак межкристаллитнойкоррозии и ееневозможноупрочнятьзакалкой.Термообработка:закалка + отжиг.

Ипосле закалкии после отжигаструктураодинаковая,одинаковыеи свойства.Закалке подвергаюттонкостенныеизделия простойформы и небольшогоразмера. Температураи закалки, иотжига одинаковаи зависит отсостава стали.Если стальсодержит толькоCr, Ni,то температуране должна превышать950-1000є С. Увеличениетемпературывызывает резкийрост зерна иснижениехарактеристик.Охлаждениепри закалкедолжно бытьтаким, чтобыне попасть вобласть выделениякарбидов Cr.Уменьшениястоимостихромоникелевыхсталей можнодобиться, есливместо Niвводить Mn.

Длятого, чтобыстабилизироватьструктуру,необходимо,чтобы Cr15%.Если условиене выполняется,то мы получаемсталь с неустойчивымструктурнымсостоянием.Для получениястабильнойаустенитнойструктуры Niзаменяют частично(10Х14Г14Н4Т, 20Х13Н4Г9).Термообработкапринципиальноне отличаетсяот термообработкихромоникелевыхсталей. Такойнедостатокхромоникелевыхсталей, каксклонностьк росту зерна,можно устранить,используя длясварных деталейстали ферритно-аустенитногокласса (15Х22Н5М5Т)или аустенитно-мартенситногокласса (08Х15Н5Д2Т).Стали аустенитно-мартенситногокласса обладаютповышеннойтвердостью.Чисто аустенитныестали склоннык коррозии поднапряжением.Даже самыелучшие аустенитныестали оказываютсянедостаточностойкими приконтакте скислотами.Поэтому разработаныкоррозионно-стойкиесплавы:

Fe–Ni – Cr (04ХН40МДТЮ).

Ni– Cr (ХН45В).

Ni– Mo (Н70МФ).

Cr– Ni – Mo (ХН65МВ).

Жаростойкиестали и сплавы(ЖСС).

Поджаростойкостьюпонимают способностьстали сопротивлятьсяокислению привысоких температурах.

.

Принагреваниижелеза выше700є С основнымокислом на егоповерхностиявляется FeO.Кристаллическаярешетка этогоокисла неплотнаяи содержитбольшое количествовакансий. Повакансиямпроисходитдиффузия

Дляповышенияжаростойкостив сталь добавляютлегирующиеэлементы, которыевходят в составокислов FeO,располагаютсяв вакансияхи делают окиселболее плотным.Если количестволегирующихэлементоввелико, то ониобразуют двойныеокислы (FeCr₂O₄,FeAlO₄). Если легирующихэлементовмного, то онимогут образовыватьсвои собственныеокислы. Жаростойкиестали и сплавыделятся наферритные,мартенситныеи аустенитные.

Жаростойкиестали ферритногокласса (сильхромы).

Данныестали обладаютвысокой твердостью,прочностью,сопротивлениемударным нагрузкам,износостойкостью.Они предназначеныдля длительнойработы с постояннымвоздействиемударных нагрузок.Основные стали:40Х6С (800є С), 40Х7С6М(850є С), 40Х9С2 (900є С), 40Х10С2М(950є С), 30Х13Н7СМ (1100єС).

Термообработка:закалка + высокийотпуск.

Жаростойкиестали аустенитногокласса.

Основныестали: 08Х18Н10Т(700є С), 08Х22Н20С2 (1100є С),08Х28Н20 (1100-1150є С). Еслитребуетсядостичь температур1100-1200є С, то используютнихромы (Ni-Cr):ХН80, ХН78Т.

Жаропрочностьсталей и сплавов.

Поджаропрочностьюпонимают способностьметалла сопротивлятьсянагрузкам приповышенныхтемпературах.Жаропрочностьоцениваетсядвумя показателями:

1. Предел длительнойпрочности, т.е.способностьметалла безразрушениявыдерживатьнагрузки призаданной температуре.

такаязапись показывает,что данныйсплав гарантированнобез разрушенияв течение 100 часовпри температуре700є С выдерживаетнагрузку 50 мПа.

2. Предел ползучести.

Пределползучестипоказывает,что данныйметалл илисплав при температуре750є С под нагрузкой100 мПа в течение1000 часов изменитсвои размерыне более, чем0,1%. Основноймеханизм пластическойдеформациипри высокихтемпературах– это диффузионнаяпластичность,т.е. последовательноеперемещениеатомов кристаллическойрешетки в направленииприкладываемойнагрузки. Наиболееэнергичнодиффузия развиваетсяпри наличиидефектовкристаллическойрешетки (точечных,линейных иповерхностных).Наибольшийвклад в этотпроцесс вносятповерхностныедефекты, особеннограницы зерен.При повышениитемпературысилы связимежду атомамиослабевают,поэтому наблюдаетсяпроскальзываниеотдельных зерендруг относительнодруга, т.к. именнона границахзерен наблюдаетсябольшое количестворазорванныхсвязей. То естьпрочностьграниц привысоких температурахменьше, чемсамих зерен.Поэтому в жаропрочныхматериалахвсегда добиваютсяразнозернистойструктуры илидаже монокристаллической.Затруднитьпроцесс ползучестиможно так жеблокируя перемещениядислокаций.Для этого необходимовводить в сплавспециальныелегирующиеэлементы, которыеобразуют наплоскостяхскольжениякарбидные иинтерметаллидныефазы. Дислокации,натыкаясь наэти фазы, тормозятся.Чем мельче этифазы и чем ихбольше, теминтенсивнеепроцесс торможенияи тем вышесопротивлениеползучести.Наиболее сильнопроявляетсяползучестьпри увеличениитемпературывыше температурырекристаллизации металла – основысплава. Дляповышениятемпературыначала рекристаллизациивводят легирующиеэлементы, которыеповышают порогрекристаллизации.

1. Для полученияжаропрочногометалла необходимовыбирать вкачестве металла– основы сплаватакие, у которыхсилы связимежду атомамимаксимальны,т.е. металлы,обладающиенаиболее высокойтемпературойплавления(Mg-651єС, Al-660єС, Ni-1442єС, Fe-1533єС, Ti-1668єС, Co-1830єС, Mo-2100єС, W-3430єС). При выбореметалла – основыдля жаропрочныхсплавов необходимоучитыватьналичие в данномметалле полиморфныхпревращений.Т.к. смена кристаллическойрешетки приполиморфномпревращенииприводит кразупрочнениюметалла и кпотере всехмеханическихсвойств. Полиморфноепревращениезатрудняетсозданиевысокожаропрочныхсплавов на базеFeили Ti.

2. Легирующиеэлементы. Длясоздания жаропрочныхсплавов необходимовводить легирующиеэлементы, которыеувеличиваютсилы связи вкристаллическойрешетке. А во-вторых,образуют всплаве интерметаллидыи карбиды,препятствующиеперемещениюдислокаций.Одновременнос введениемлегирующихэлементовнеобходимообеспечиватьчистоту сплаваот вредныхпримесей. Вреднымисчитаютсялегкоплавкиепримеси, а также любые другиеэлементы, вызывающиехрупкость.

3.Структура.Чтобы получитьнеобходимуюрабочую структурудля жаропрочныхматериалов,разработанысоответствующиережимы термообработки.Для получениякрупнозернистойструктуры,применяютвысокотемпературныйнагрев и длительнуювыдержку. Приэтом в растворпереходитбольшая частьлегирующихэлементов.Охлаждениепроводитсяочень быстро(на воздухе илив воде) для фиксациипересыщенноготвердого раствора.После закалкиделаетсявысокотемпературноестарение.

Классификацияжаропрочныхсплавов.

Основныетребования:

1. Максимальновысокий пределдлительнойпрочности.

2. Минимальнаяползучестьв рабочем интервалетемператур.

3. Высокое сопротивлениеусталости,нечувствительностьк концентраторамнапряжений.

4. Максимальновозможноесопротивлениегазовой коррозии.

5. Удовлетворительныетехнологическиесвойства(обрабатываемостьдавлением,литейные свойства,свариваемость).

1). 150-250є С – сплавына основе Mg.

2). 250-350є С – сплавына основе Al.

3). 350-450є С – сплавына основе Ti.

4). 450-600є С – теплоустойчивыестали.

а)до 500є С – котельныестали (15К, 18К, 20К).

б)до 550є С – 12ХМ, 12Х1МФ,25Х1МФ.

в)до 600є С – 15Х5, 15Х5ВФ,14Х12В2Ф.

Основноетребованиедля теплоустойчивыхсталей – длительнаябезаварийнаяработа (100000 – 300000часов).

Термообработка:закалка + высокийотпуск (t_отп> t_раб).

5). 600-700є С – аустенитныестали на основе γ-Fe.

а)10Х18Н14Т – гомогенныестали (не упрочняемыетермообработкой).Применяетсязакалка (дляполученияоднороднойаустенитнойструктуры).Иначе такаятермообработканазываетсяаустенизацией.

б)40ХН14В2М – тяжелонагруженныедетали. Применяетсязакалка + отпуск.В процессеотпуска выделяютсякарбиды пограницам зерен,что позволяетупрочнятьсплавы.

в)10Х11Н20Т3Р – карбидно– интерметаллидноеупрочнение.Применяетсязакалка + старение.Закалка позволяетполучить насыщенныйтвердый раствор.Старение позволяетполучить выделениекарбидов иинтерметаллидов.

6). 700-800є С – сплавына обнове Fe-Ni.ХН32Т, ХН35ВТЮ.

7). 800-900є С – сплавына основе Ni.ХН77ТЮР, ХН72МБТЮ.

Термообработка:высокотемпературнаязакалка 1130-1170є С+ старение 700-750єС. После выделениякарбидной фазыпроводят нескольконизкотемпературныхстарений 500-550єС.

8). до 1000є С – литейныесплавы. ЖС3, ЖС6,ВЖЛ14, ВЖЛ32.

Цветныесплавы.

Alи его сплавы.

Сплавыделят на двегруппы. Алюминиевыесплавы принятоклассифицироватьпо технологическомупризнаку, базируясьна диаграммесостояния.Алюминий совсеми легирующимиэлементамиобразует диаграммысостояния сэвтектикой.Если в сплавеобразуетсяэвтектика, тоона располагаетсяпо границамзерен, препятствуяпластическойдеформации.Чем большеэвтектики, темвыше литейныесвойства. Всесплавы, содержащиев составе эвтектику,называют литейнымисплавами. Сплавы,в которых эвтектикане образуется,хорошо поддаютсяпластическойдеформации,поэтому называютсядеформируемымисплавами. Поотношению ктермообработкевсе алюминиевыесплавы приняторазделять наупрочняемыеи не упрочняемые.Упрочнятьалюминиевыесплавы можнотолько за счетзакалки безполиморфногопревращения,т.е. за счетограниченнойрастворимостилегирующихэлементов втвердом растворе.Поэтому всесплавы, лежащиелевее линиисольвус, считаютсяне упрочняемымитермообработкой,т.к. при нагревеи охлажденииникаких фазовыхпревращенийне происходит.Сплавы, лежащиеправее линиисольвус, имеютограниченнуюрастворимостьлегирующихэлементов. Впроцессе нагревавторичные фазырастворяются,а при охлажденииснова выделяются.Используя этофазовое превращение,можно упрочнятьтакие сплавыза счет закалкии старения,поэтому такиесплавы называютупрочняемыми.Упрочнятьтермообработкойможно какдеформируемые,так и литейныестали. В некоторыхсплавах количестволегирующихэлементовневелико, поэтомуэффект упрочненияот выделениявторичных фазтак же невелик.Такие сплавытак же считаютсяне упрочняемымитермообработкой(АМц, АМг).

Термообработкаалюминиевыхсплавов.

Алюминиевыесплавы подвергаютсяотжигу дляполученияравновеснойструктуры, атак же закалкеи старению сцелью упрочнения.

Отжигалюминиевыхсплавов. Дляалюминиевыхсплавов проводятотжиг на рекристаллизацию,гомогенизациюи для снятиявнутреннихнапряжений.

Гомогенизацияалюминиевыхсплавов.

Алюминиевыесплавы отливаютв виде слитковс применениемспециальныхкристаллизаторов,охлаждаемыхводой. Ускоренноеохлаждениеслитка ведетк появлениюнеравновеснойструктуры, т.е.по сечениюслитка наблюдаетсядендритнаяликвация, обратнаязональнаяликвация, наличиенеравновеснойэвтектики пограницам зерен,выделениекрупных интерметаллидов,микропоры.Такая неравновеснаяструктура необеспечиваетвысокой пластичности,и поэтому всеслитки послекристаллизацииподвергаютвысокотемпературномуотжигу – гомогенизации.Температураотжига можетбыть либо выше,либо ниже температурынеравновесногосолидуса. Притаком отжигевысокая температуранагрева активизируетпроцессы диффузии,что позволяетвыровнятьхимическийсостав по сечениюслитка, т.е.устранитьдендритнуюликвацию.Одновременнос этим происходитрастворениекрупных частицинтерметаллидныхфаз. Исчезаюттакже выделениянеравновеснойэвтектики пограницам зерен.Если гомогенизациюпроводитсяпо режиму, когдатемпературанагрева вышенеравновесногосолидуса, тонагрев сопровождаетсяместным расплавлением,т.е. образуетсяжидкость междузернами в местахпоявлениянеравновеснойэвтектики.Диффузия вприсутствиижидкой фазыидет оченьбыстро, поэтомугомогенизацияпри такой температурепроходит быстрее.После выравниванияхимическогосостава неравновесныефазы исчезают,устраняетсяи жидкая фаза.Слиток охлаждается.

Отжигна рекристаллизацию.

Применяетсядля алюминиевыхполуфабрикатовпосле холоднойдеформациидля снятиянаклепа. Алюминиевыесплавы легкоподдаются всемвидам ОМД. Какправило, слитокпервоначальноподвергаютгорячей деформации(происходитуплотнениеметалла: заваркавсех пор, разбиваютсяи измельчаютсяинтерметаллидныефазы). Горячаядеформация,как правило,не позволяетполучить точныхразмеров, необеспечиваетсявысокое качествоповерхности.Поэтому послегорячей деформациипроводитсяхолодная деформация,которая обеспечиваетвысокую точностьи качествоповерхности.Однако возникающийнаклеп увеличиваетпрочность ижесткостьметалла. Дляустранениянаклепа применяютрекристаллизационныйотжиг. В процессерекристаллизационногоотжига за счетпроцессовпервичной исобирательнойрекристаллизациипроисходитзамена старыхдеформированныхзерен на новые.Наклеп исчезаети металл сноваможно подвергатьпластическойдеформации.Разновидностьюотжига нарекристаллизациюявляется отжигна полигонизацию.Он проходитпри температуре,которая нижетемпературыотжига нарекристаллизацию.Во время этогоотжига не происходитзамены структуры,и снятие наклепаосуществляетсячастично засчет перераспределениядислокаций.После такогоотжига металлсохраняет частьнаклепа и имеетполутвердоесостояние.Такой вид отжигаприменяют длясплавов, которыене упрочняютсязакалкой, т.е.увеличитьпрочность можноза счет частичногоили полногосохранениянаклепа.

Отжигдля снятиявнутреннихнапряжений.

Применяетсядля готовыхизделий, полученныхс применениемсварки илинеоднороднойпластическойдеформации.Внутренниенапряженияв деталях, какправило, нежелательны,т.к. могут привестик короблениюили преждевременномуразрушению.Поэтому такиедетали отжигают.Снятие внутреннихнапряженийпроисходитза счет процессоввозврата, т.е.перераспределенияточечных илинейных дефектов.Отжиг для снятиявнутреннихнапряженийне следуетпутать с отжигомна возврат.Этот терминприменяетсяна заводах дляотжига, которыйиспользуетсядля устраненияв деталях закаленногосостояния.

Упрочняющаятермообработкаалюминиевыхсплавов.

Упрочнениеалюминиевыхсплавов возможноза счет закалкибез полиморфногопревращенияпри наличиив сплаве ограниченнойрастворимостилегирующихэлементов. Дляполученияэффекта закалкиалюминиевыесплавы нагреваютдо температурывыше линиисолидус. Выдержкадолжна бытьтакой, чтобыобеспечитьполное растворениевсех вторичныхфаз. После закалкиполучаетсяпересыщенныйтвердый раствор.Охлаждениедолжно вестисьинтенсивно.Пересыщенныйтвердый растворявляется нестойкими в течениевремени начинаетраспадаться.Процесс распаданазываетсястарением.Процесс распадатвердого раствораможно разбитьна 4 стадии:

1. В кристаллическойрешетке твердогораствора появляютсязоны, обогащенныелегирующимиэлементами.Они представляютобласти дискообразнойформы.

2. Зоны увеличиваютсяв 10 раз, а концентрациялегирующихэлементовстановитсятакой же, каки в интерметаллидах.Эти зоны называютсязонами Гинье-Престона(ГП).

3. На месте этихзон образуютсяθ’ – фазы. В зонах,обогащенныхмедью, образуетсякристаллическаярешетка промежуточнаямежду твердымраствором иупрочняющейфазой.

4. Образуетсяθ – фаза.

Механическиесвойства впроцессе старенияна разных стадияхменяются по-разному.1, 2 и 3 стадиясопровождаетсяувеличениемпрочности,твердости иодновременнымснижениемпластичности.Это объясняетсятем, что в процессераспада твердогораствора происходитискажениекристаллическойрешетки, т.е.сопротивлениеперемещениюдислокацийувеличивается.На 4 стадиипроисходитотделениевторичной фазыот твердогораствора, появляетсяграница раздела.Искажениекристаллическойрешетки становитсяменьше, прочностьи твердостьпадает. Поэтому4 фазу называютперестариванием.Если требуютсявысокие прочностьи твердость,то старениеоканчиваютна 3 стадии.Увеличениетемпературыстарения невызывает повышениятвердости, алишь ускоряетпроцесс распадатвердого раствора.

Следуетучитывать, чтонекоторыесплавы, особенносложнолегированные,не достигаютмаксимальногоупрочненияпри естественномстарении. Поэтомудля полученияоптимальныхсвойств требуетсяподбор оптимальныхтемператур.Чрезмерноеувеличениетемпературыстарения вызываеткоагуляциювторичной фазы,т.е. увеличениеее размерови одновременноуменьшениеколичестваее выделений.Чем выше температура,тем меньшетвердость ипрочность, темближе свойствак исходномуотожженномусостоянию.Чтобы снятьэффект упрочненияот закалкинеобходимоприменить отжигс нагревом дотемператур,близких к температурезакалки, но споследующиммедленнымохлаждением.Такой отжигназывают отжигомна возврат.

Термомеханическаяобработкаалюминиевыхсплавов.

Дляалюминиевыхсплавов можноприменятьпрактическивсе виды т.м.о.Однако чащевсего применяютвысокотемпературнуют.м.о. и низкотемпературнуют.м.о.

ВТМО.

Представляетсобой сочетаниеупрочняющейтермообработкии горячейпластическойдеформации.Горячая деформацияпроводитсяпосле нагревапод закалку,а резкое охлаждениепроводитсясразу последеформации.Деформацияпозволяетповысить прочностьза счет увеличенияплотностидефектовкристаллическойрешетки, т.е.за счет созданиянаклепа. Степеньдеформациидолжна бытьтакой, чтобыне вызватьначало рекристаллизации,т.е. при температуредеформациипроходит толькодинамическаярекристаллизация.В результатев металле образуетсясетка дислокаций,создающаяячеистую субзереннуюструктуру. Этопозволяет нетолько повыситьпрочность, нои сохранитьвысокую пластичностьи вязкость.Резкое охлаждениефиксирует этуструктуру.Последующеестарение ведетк распадупересыщенноготвердого раствора,а выделяющиесячастицы вторичныхфаз располагаютсявдоль сеткидислокаций,препятствуяих перемещениюи способствуяувеличениюпрочности.Условием дляуспешногопроведениянтмо являетсяусловие: Трек> Тзак. Если этоусловие невыполняется,то наклеп,образующийсяпри деформации,будет снят засчет рекристаллизации.В этом случаенеобходимоизменить схемупроцесса. Деформацияпроводитсяне сразу посленагрева, а послевыдержки инебольшогоподстуживаниядо температурыниже температурырекристаллизации.Технологическивтмо проводятпри горячейпрокатке илигорячем прессовании.В этом случаеоборудованиепозволяет занебольшойпромежутоквремени продеформироватьметалл с достаточнобольшой величинойдеформации.И сразу послеэтого естьвозможностьбыстрого охлаждения.Впервые втмобыла обнаруженаслучайно пригорячем прессованиисплавов системыAl– Mg– Si.В настоящеевремя применяютструктурноеупрочнение.Способствуетпоявлению пресс– эффектагомогенизациясплавов, а также введениетруднорастворимыхлегирующихэлементов (Ti,Zr,Sc).

НТМО.

Принтмо холоднаядеформацияпроводитсясразу послезакалки доначала старения.Закаленныйсплав имеетструктурупересыщенноготвердого раствора.И несмотря наувеличениепрочностисохраняетвысокую пластичность,поэтому послезакалки егоможно подвергатьхолодномудеформированиюсо степенью15-20%. Возникающийнаклеп позволяетувеличитьпрочность засчет увеличениядефектовкристаллическогостроения. Припоследующемстарении выделениевторичных фазблокируетдефекты , увеличиваясопротивлениедеформации,повышая темсамым прочность.Холодная деформацияпроводитсякак на прокатномстане, так ирастяжением.Растяжениепозволяетодновременновыправитьискажение формыполуфабрикатов,полученнуюпри закалке.

Сплавыалюминия.

Алюминийпроизводитсякак химическичистый, так итехническичистый.

Химическичистый обозначаетсяА. Далее идутцифры, показывающиеего чистоту

Техническичистый алюминиймаркируетсяА. Далее идетцифра, показывающаясодержаниеалюминия.

Деформируемыйалюминий.

АД

Основнымилегирующимиэлементами,которые вводятв состав сплава,являются Si,Cu,Mg,Mn,Zn,Li.Их количествоможет изменятьсяот 0,5 до 12%. Кромеэтих элементовв качествемикродобавокмогут вводитьTi,Cr,Fe,Zr,Sc.В качествемаркировкииспользуют3 схемы:

1. Деформируемыйалюминий.

АМц(N) – Al – Mn.

АМg(N) – Al – Mg.

АВ,АД– Al – Mg – Si.

Д1,Д16– Al – Cu – Mg.

Литейныйалюминий.

АЛ(N).

2. Цифровая схемадля деформируемыхсплавов.

Всего4 цифры:

1цифра – основа(Al– 1)

2цифра – системалегирования(0 – чистый алюминий,1 – Al– Cu– Mg,2 – Al– Cu– Mn,3 – Al– Mg– Si,4 – Al– Mg,5 – Al– Mg,9 – Al– Zn– Mg).

3и 4 цифра – номерсплава.

3. Литейные сплавы.

Аналогичнамаркировкестали.

А– Al(основа).

2место – легирующиеэлементы:

К– Si,М – Cu,Мг – Mg,Мц – Mn,Н – Ni,Ц – Zn.

Послекаждой буквы,соответствующейлегирующемуэлементу, стоитцифра, показывающаяего содержаниев целых процентах.Если цифры нет,то количестволегирующегоэлемента равно1%.

Взависимостиот технологиипроизводствавыпускаютсяполуфабрикатыиз алюминиевыхсплавов послеразличныхвариантовтермообработки.В этом случаек основноймаркировкев конце добавляютсябуквы и цифры,показывающиесостояниепоставки:

А– плакировка.

Б– технологическаяплакировка.

М– отожженный.

П– полунагартованный.

Н– нагартованный.

Т– твердый (закалка+ естественноестарение).

Т1– закалка +искусственноестарение.

ТН– закаленный,нагартованныйи естественносостаренный.

Т1Н– закаленный,нагартованныйи искусственносостаренный.

Т1Н1– закаленный,усиленно нагартовани искусственносостаренный.

Сплавы,не упрочняемые термообработкой.

Кэтой группеотносятсятехническийалюминий,деформируемыйалюминий, сплавыAlс Mn(АМц), Alс Mg(АМг).

СплавыAlcMn(АМц).

Mnобразует с Alинтерметаллиднуюфазу AlMn_6,котораядает эвтектикупри температуре658є С при содержанииMn1,95%. КоличествоMn,которое можетперейти в твердыйраствор, составляет0,5% при 500є С. Несмотряна ограниченнуюрастворимостьMnв Al,эффект от упрочняющейтермообработкинастольконевелик, чтоэти сплавысчитаются неупрочняемымитермообработкой.Mnповышает прочностьAl,при этом сохраняетсяпластичность,высокая коррозионнаястойкость,свариваемость.Поэтому изэтого сплаваделают листы,ленты для холоднойштамповки.

Термообработка:рекристаллизационныйотжиг 500є С – 1 час.Увеличениетемпературыили временивыдержки можетпривести ккрупнозернистости.Для измельчениязерна вводятTi.Повысить прочностьможно тольконаклепом.

СплавыAlcMg(АМг).

Mg,растворяясьв Al,сильно увеличиваетего прочность.Каждый процентMgувеличиваетпрочность на30 мПа. Однакопрочностьувеличиваетсяза счет эффектарастворногоупрочнения.Выделениевторичной фазыпосле закалкии старения даетзаметный эффектупрочнениятолько присодержанииMgв сплаве 8%. Сплавыдля холоднойдеформациисодержат неболее 6% Mg.Эти сплавытакже считаютсяне упрочняемыми.

АМг1– 1,1% Mg.

АМг2– 2,5% Mg.

АМг3– 3,2% Mg.

АМг5– 5,5% Mg.

АМг6– 6,5% Mg.

Первыетри сплаваиспользуютсядля изготовлениялистов обшивки.

АМг5и АМг6 используютв тяжело нагруженныхдеталях, хорошосвариваются.

Основнойвид термообработки:отжиг 450-470є С,продолжительность0,5-3 часа. СплавыАМг можно упрочнятьдеформацией.

Сплавы,деформируемыеи упрочняемые термообработкой.

СплавыAl– Cu– Mg.

Дюраляминазывают сплавыAlс Cu,к которымдополнительнодобавляют Mgи Mn.Упрочняютсяэти сплавы засчет закалкибез полиморфногопревращенияи последующегостарения. Выделениеупрочняющихвторичных фазпозволяетблокироватьдислокациии увеличиватьсопротивлениедеформации.Особенностьютермообработкидюрали являетсяочень узкийинтервал закалочныхтемператур.Если сплавнедогреть, тоне происходитрастворениявторичных фази эффекта закалкине будет. Еслисплав перегреть,то по границамзерен появляетсяжидкая фаза,происходитусадка, образуетсямикропористостьи резко снижаютсяпрочность ипластичность.После нагреваи выдержкиперенос деталейиз печи в закалочныйбак долженпроводитьсяочень быстро(не более 30 сек).Поэтому длязакалки алюминиевыхсплавов строятспециальнуюпечь. Послезакалки проводятстарение. Дляжаропрочныхдюралей применяютискусственноестарение (120-160єС) от 4 до 12 часов.

1. Дюрали среднейпрочности Д1,Д6.

2. Дюрали повышеннойпрочности Д16.

3. Дюрали жаропрочныеД19, ВАД1.

4. Дюрали повышеннойпластичностиД18.

Крупнымнедостаткомявляются плохаякоррозионнаястойкость. Дляповышениякоррозионнойстойкостипроводят плакировку.Стали групп2 и 3 подлежатзакалке иискусственномустарению.

СплавыAl– Si– Mn.

Основныестали группы:АВ, АД31, АД33, АД35.Данные сплавыиспользуютдля изготовленияобшивки самолетов.

Термообработка:закалка 540-560є С(охлаждениена воздухе илив масле) + искусственноестарение 160-180єС. Сплавы относятсяк среднепрочным.

СплавыAl– Zn– Mg– Cu.

Основныестали группы:В93, В95, В96, В96ц.

Химическийсостав: 6-8,5% Zn,2-2,5% Mg,1-2% Cu.

Сплавыданной группыобладают повышеннойпрочностью.

Термообработка:закалка 450-470є С(охлаждениев кипящей воде)+ искусственноестарение 175є С.Если требуетсямаксимальнаявязкость, тосплав подвергаютперестариванию(Т2). Высокопрочныесплавы используютдля тяжелонагруженныхэлементовкаркаса самолетов.Недостатокданных сплавов– плохая коррозионнаястойкость,хрупкость.

СплавыAl– Cu– Mn.

Основныестали группы:Д20.

Данныесплавы являютсяжаропрочными.

Рабочиетемпературыот –250є С до 250є С.

Упрочняютсятермообработкой,хорошо свариваются,имеют хорошуюкоррозионнуюстойкость.

СплавыAl– Zn– Mg.

Основныестали группы:1915, 1925.

ПониженоколичествоZn.Данные сталиразработаныдля заменыАМг6. Стали хорошосвариваются,имеют хорошуюкоррозионнуюстойкость.Упрочняютсятермообработкой(закалка + старение).Сплавы относятсяк среднепрочным.

СплавыАК.

Основныестали группы:АК4, АК41, АК6, АК8,АК10, АК12.

Этисплавы длягорячей штамповки.Сплавы относятсяк группе высокопрочных.Они упрочняютсятермообработкой(закалка + старение),не поддаютсясварке.

ДобавкиFeи Niпозволяютполучить всплаве труднорастворимыеупрочняющиефазы.

Поэтомудетали не теряютпрочности притемпературе300є С. Вместе стем при нормальнойтемпературепрочность ипластичностьменьше, чем удюралей.

СплавыAl – Li – Cu, Al – Li – Mg.

Liимеет хорошуюрастворимостьи упрочняетсплав. ВведениеLiповышает упругостьи жесткостьконструкции.Сплавы имеютплохую технологичностьи сильно окисляются.

Специальныеалюминиевыесплавы.

Основныестали группы:САП1, САП2, САП3.

Послепрокатки получаютлибо листы,либо профили.При этом основасплава – чистыйалюминий. А вкачестве упрочняющейфазы выступаетокись алюминия,в которую покрытычастицы порошка.При горячейдеформацииокисная пленкадробится,измельчаетсяи равномернораспределяетсяпо всему объемуполуфабриката.В процессенагреваниятакая окиснаяпленка нерастворяетсявплоть дорасплавления,что позволяетсохранитьпрочность прирабочих температурахдо 350є С. Эти сплавыявляются самымижаропрочными.При нормальнойтемпературепрочность ипластичностьхуже, чем у дюралей.А максимальнаяжаропрочностьзависит толькоот количестваокислов внутриметалла. Еслив качествеисходных материаловбрать болеемелкий порошок,то объемнаядоля окисловувеличивается,соответственноувеличиваетсясопротивлениедеформации.Поэтому, изменяяразмер порошка,изменяют количествоокислов.