На головну

Класифікація видів термічної обробки

  1. II. Психолого-психіатрична класифікація (Личко, Іванов 1980 г.)
  2. TNM класифікація.
  3. А) проблем раціонального вибору індивіда, як в політиці, так і на політичних результатах і наслідках взаємодії раціональних індивідів;
  4. АВТОМАТИЗАЦІЯ ПЕРВИННОЇ ОБРОБКИ МОЛОКА
  5. Автоматизація процесів первинної обробки молока на прикладі ОПФ-1.
  6. Агрегати для освоєння і ремонту свердловин (класифікація і порівняльна характеристика, основні розрахункові формули).

Термообробку поділяють на попередню і остаточну. Попередня термічна обробка застосовується для підготовки структури і властивостей матеріалу для наступних технологічних операцій (наприклад, гарячої обробки тиском, поліпшення оброблюваності різанням і т.д.). Остаточна термообробка формує властивості готового виробу.

 Існуючі способи реалізації термічної обробки підрозділяються на власне-термічну (СТО), хіміко-термічну (ХТО), термомеханічну (ТМО) і термічну обробку з опалювальному поверхні (ТО з ОП) (рис. 15.6).

Власне термічна обробка полягає тільки в тепловій дії на матеріал деталі. При цьому передбачається, що метал не змінює свій хімічний склад, не деформується і поверхня не оплавляється (рис. 15.7).

Хіміко-термічна обробка полягає в нагріванні, витримці і охолодженні деталей із сталей або титанових сплавів в середовищі, що містить будь-якої елемент, наприклад, вуглець, азот, вуглець і азот, бор, а також метали - алюміній, хром, ітрій, титан, берилій та ін. (рис. 15.8).

 Витримка
 охолодження
 нагрівання
 t, з
tо
tв
t, ° C
tн

t, ° C
 t, з
tо
tв
tн
 Охолодження на повітрі

 
 Мал. 15.7. схема СТО  Мал. 15.8. Схема ХТО: - активне середовище, що містить будь-якої елемент (C, N, C + N, Al, B та ін.)

Термомеханічна обробка полягає в нагріванні, витримці і пластичної деформації і наступному швидкому охолодженні (рис. 15.9).

 t, з
tо
tд
tо
tв
tн
tн
tо
tд
tв
t, ° C
 НТМО
tр
t, ° C
 ВТМО
tр

Мал. 15.9. Схема ТМО:  - Пластична деформація

 Термічна обробка з оплавленням поверхні полягає в швидкому нагріванні високоенергетичними джерелами поверхні деталей і наступному охолодженні зі швидкістю не менше 106 ° C/ С. При цьому досягається аморфне будову поверхневого шару. Може застосовуватися в приладобудуванні, медичній техніці та апаратах для поліпшення службових характеристик: зносостійкості, фізичних властивостей (рис. 15.10).

Власне термічна обробка включає в себе шість видів обробки: відпал 1-го і 2-го роду, загартування з поліморфним перетворенням, після якої проводиться відпустку (низький, середній або високий), і загартування без поліморфного перетворення, після якої проводять старіння штучне або природне . Належність до того чи іншого виду обробки визначається типом відбуваються при цьому структурних змін в матеріалі.

При відпалі 1-го роду не протікають фазові перетворення. Нагрівання при цьому відпалі підвищує рухливість атомів, частково або повністю усуває хімічну неоднорідність, зменшує внутрішні напруги, сприяє отриманню більш рівноважного стану. Розрізняють такі різновиди відпалу 1-го роду: дифузний (гомогенізований), рекрісталлізаціонний, дорекрісталлізаціонний і отжиг для зняття внутрішніх напружень.

· Дифузійний відпал застосовується при усуненні дендритних або зональної ліквації для великих заготовок, отриманих методом лиття або зварювання. Він проводиться при температурах, що перевищують критичні точки (зазвичай для сталей при 1000 ± 50 ?C) і при більш тривалих витримках (10 - 18 год). При цьому забезпечується більш рівномірний розподіл компонентом і механічних властивостей в сплавах по довжині і перетину заготовки.

· Рекрісталлізаціонний отжиг застосовують з метою усунення наклепу і внутрішньої напруги в стали після холодної обробки тиском (штампування, кування, пресування, волочіння та ін.). Проводиться при температурах вище температури рекристалізації сплавів Tрічок на 30 - 50 ?С (для вуглецевих сталей - 650 - 690 ?С). Після такого відпалу помітно знижується твердість і підвищується пластичність в стали і найчастіше застосовується як проміжна операція під час холодної обробки металів тиском (ОМТ).

· Дорекрісталлізаціонний отжиг проводять при температурах нижче Tрічок і застосовують для зменшення залишкових внутрішніх напружень 2-го і 3-го роду (в зернах і елементарних осередках відповідно).

· Відпал для зняття внутрішніх напружень застосовується після різних видів обробок, пов'язаних з технологією їх виготовлення. Температура і час витримки для кожного випадку встановлюються експериментальним шляхом. Внутрішні напруги виникають, наприклад, в відливання, мають різну товщину або в зварних з'єднаннях, нагрітих до різних температур.

Проведення відпалу 1-го роду не пов'язують з фазовими перетвореннями в сплавах, на відміну від відпалу 2-го роду.

Відпал 2-го роду - проводять для сплавів, в яких є поліморфні, евтектоїдні або перитектическая перетворення, а також має місце змінна розчинність компонентів в твердому стані. Метою цього виду відпалу є наближення стали до рівноважного стану, подрібнення структури, а також підготовка стали до подальшої термічної обробки.

Залежно від температур нагрівання щодо критичних точок Ас1 і Ас3, Способів охолодження і ступеня переохолодження аустеніту, розрізняють основні різновиди відпалу 2-го роду: повний, неповний, ізотермічний та нормалізацію.

При повному відпалі доевтектоїдних сталь нагрівається вище точки Ac3 на 30 - 50 ?С і витримується певний час при заданій температурі, після чого повільно охолоджується разом з піччю до 500 - 600 ?С, а потім на повітрі. При нагріванні вище точки Ac3 відбувається перекристалізація. В результаті повного відпалу зерна подрібнюються, внутрішня напруга в металі усуваються, сталь стає м'якою і пластичною. Застосовується як проміжна термічна обробка для усунення структури перегріву, поліпшення оброблюваності різанням або пластичної деформації. Повному відпалу піддаються переважно доетектоідние і евтектоїдні стали.

При неповному відпалі сталь нагрівається вище критичної точки Ac1, Але нижче Acm і після витримки повільно охолоджується з піччю. Цей вид відпалу найчастіше застосовується для заевтектоідних сталей. Перліт і вторинний цементит в них набувають зернисту будову, усувається цементітная сітка, що сприятливо відбивається на технологічних властивостях стали.

 Загартуванням з поліморфним перетворенням сталей називається термічна обробка, яка полягає в нагріванні стали до температури вище критичної точки Ac3 (Доевтектоїдних і евтектоїдні), витримці при заданій температурі з наступним швидким охолодженням, що забезпечує отримання нерівноважної структури. Основна мета гарту стали - отримання високої твердості, міцності і зносостійкості (рис. 15.11). Висока твердість в стали досягається переохолодженням аустеніту до температури нижче мартенситного перетворення. В результаті утворюється пересичений твердий розчин вуглецю в ?-залізі з тетрагональної кристалічною решіткою, званої мартенситом. Зміст вуглецю в мартенсите внаслідок відсутності дифузійних процесів таке ж, як і в початковому аустените. Мартенсит є продуктом бездіффузіонного розпаду аустеніту. Характерною ознакою мартенситного перетворення сталей є поліморфний перетворення, при якому відбувається зміна елементарного осередку аустеніту в елементарну комірку мартенситу.

 

Мал. 15.11. Залежність твердості мартенситной структури від змісту

вуглецю в сталі (по А. П. Гуляєва)

Відпусткою стали називається операція термічної обробки, при якій сталь нагрівається нижче Ac1, Витримується при цій температурі і потім охолоджується. Відпустка є заключною операцією термічної обробки сталей, проводиться відразу після їх гарту для зменшення внутрішньої напруги, що виникли під час гартування, підвищення пластичності і отримання необхідних фізико-механічних властивостей виробів.

Структура загартованої сталі, що складається з мартенситу і залишкового аустеніту, а в заевтектоідной стали, крім того, вторинного цементиту, є нестійкою. Нагрівання стали при відпустці полегшує перехід з метастабільного стану пересичені ?-твердого розчину в більш стійке. При відпустці з підвищенням температури в загартованої сталі відбувається виділення вуглецю з мартенситу, що супроводжується зменшенням тетрагонального кристалічної решітки, освіта і коагуляція часток цементиту. При низьких температурах відпустки утворюється метастабільний карбід, відмінний від цементиту. У технічній літературі він позначається як ?-карбід і має формулу, близьку Fe2C. При температурах 300 - 400 ?С відбувається перетворення ? > Fe3C. Залежно від температури нагрівання формуються такі структури: мартенсит, троостіт і сорбіт відпустки, при цьому відповідно змінюються механічні властивості стали (рис. 15.12).

 HB
sв
 HB, МПа
 KCU, МДж / м22,01,61,20,80,4
 KCU
d
y
 200 280 360 440 520 600 tвідпустки, ° C
 y, d,%
sв, МПа

Мал. 15.12. Зміна механічних властивостей стали марки 40 від температури відпустки

Як видно з цього малюнка, з підвищенням температури відпустки межа міцності (?в) І твердість (HB) знижуються, а пластичність (?) і ударна в'язкість (KCU) підвищуються. Відповідно до технічних вимог, що пред'являються до виробів, на практиці застосовують такі види відпустки: низький, середній і високий.

· Низький відпустку (150 - 250 ° C) застосовується для виробів, де потрібна висока твердість (НRС 56 - 64) і зносостійкість. При низькому відпустці зберігається висока твердість, знижуються внутрішні напруги і дещо підвищується в'язкість стали. Властивості стали після відпустки залежать не тільки від температури нагріву, але і від тривалості витримки. Низький відпустку застосовується для калібрів, шаблонів, мітчиків, зубил, клейм, штампів холодного деформування, волочильних кілець, виробів з цементуемих сталей.

Структура стали після відпустки - відпущений мартенсит найчастіше голчастого будови.

· Середній відпустку (300 - 400 ° C) забезпечує в виробах відносно високу твердість (НRС 40 - 54) і максимальна межа пружності при достатньому межі міцності. Цей вид відпустки найчастіше застосовують при виготовленні ресор і пружин.

Структура виробів після такої відпустки - троостіт зернистої будови.

· Високий відпустку (500 - 650 ° C) застосовується для деталей, від яких потрібен певний поєднання міцності (?в = 80 - 100 кг / мм2), Ударної в'язкості і твердості. Ця відпустка застосовують при виготовленні шатунів, відповідальних кріпильних виробів і деталей машин, виготовлених з конструкційних сталей.

Термічну операцію - загартування з високим відпусткою - називають поліпшенням. Структура стали в термічно покращеному стані - сорбіт зернистої будови.

Старіння - процес розпаду пересичених твердих розчинів, в яких при загартуванню поліморфних перетворень не відбувалося. Вони володіють обмеженою розчинністю компонентів в твердому стані і при старінні відбувається утворення зон, збагачених атомами легуючих елементів, які спотворюють просторово-кристалічну решітку (ПКР) і підвищують міцність і твердість при ОМД, знижують пластичність і ударну в'язкість.

Старіння металевих матеріалів спостерігається тільки в сплавах, схильних до загартування без поліморфного перетворення, а також в сталях з малим вмістом вуглецю (мартенситно-старіючі сталі).

Старіння буває природним і штучним. Природним називають старіння, яке відбувається при кімнатній температурі. Старіння, що відбувається при підвищених щодо кімнатній температурах, називається штучним. Природне і штучне старіння є два різних процесу. Природне старіння, обумовлене утворенням зон, збагачених атомами легуючих елементів - зон типу Гинье-Престона (ЗДП), називається зонним старінням. Швидкість освіти зон мала, що пояснюється уповільненою дифузією атомів легуючих елементів в зв'язку з температурою старіння. При збільшенні температури старіння можливе утворення стабільних фаз типу ?'-фаз (типу CuAl2), Когерентних з матричним розчином. Таке старіння називається фазовим. При цьому старінні забезпечується максимально можлива твердість і міцність для даної температури старіння. Для кожної марки сплаву встановлюється своя оптимальна температура штучного старіння.

Деформаційно-термічна обробка поєднує в собі процеси термічної обробки і пластичної деформації. Залежно від того, коли здійснюють деформацію - до протікання фазового перетворення або після, розрізняють термомеханічну (ТМО) та механіко-термічну обробку (МТО).

Термомеханічна обробка (ТМО) включає в себе, в залежності від умов деформації аустеніту, високотемпературну (ВТМО) і низькотемпературну (НТМО) термомеханічні обробки (рис. 15.13).

 Деформівні-ція
t
Mк
Mн
t
tр
t
Mк
Mн
tр
Vкр
A3
A1
A3
Vкр
A1
t
t

а б
 Мал. 15.13. Схема термомеханічної обробки стали: а - ВТМО; б - НТМО

 - Інтервал температур рекристалізації

При ВТМО (рис. 15.13, а) Сталь деформують при температурі вище температури A3 і відразу гартують з тим, щоб не допустити розвитку рекристалізації аустеніту. При НТМО (рис. 15.13, б) Деформація проводиться в області підвищеної стійкості аустеніту (400 - 600 ?С). Рекристалізація при цих температурах не відбувається, проте необхідно уникати утворення бейнітне структур.

ТМО обох видів закінчується низьким відпусткою при 100 - 200 ?С. При ТМО підвищується весь комплекс механічних властивостей і особливо пластичність і в'язкість, що найбільш важливо для високоміцного стану. У порівнянні зі звичайною обробкою приріст міцності при ТМО становить
 200 - 500 МПа, тобто 10 - 20%. Характеристики пластичності і ударної в'язкості підвищуються в 1,5 - 2,0 рази.

Поліпшення комплексу механічних властивостей обумовлено формуванням специфічного структурного стану. Деформація створює в аустените високу щільність дислокацій, що утворюють через процес полігонізації стійку ячеистую субструктуру, яка успадковується мартенситом при загартуванню. При цьому субграніци гальмують рух дислокацій і локалізують деформацію всередині зерна; в результаті міцність підвищується.

Найбільше зміцнення (?в ? 2800 МПа) досягається при НТМО. Однак її проведення технологічно більш складно, ніж ВТМО через високі ступенів пластичної деформації і обтиску (50 - 90%). Її можна застосовувати для виробів невеликого перерізу і простої форми (лист, стрічка, прутки і ін.). Крім того, НТМО придатна для легованих сталей з великою стійкістю переохолодженого аустеніту.

ВТМО забезпечує меншу зміцнення сталей (?в ? 2400 МПа), але більш високі пластичність і в'язкість. ВТМО можуть піддаватися будь-які метали і сплави, навіть не зміцнює термічною обробкою. Особливо ефективна ВТМО для чистого металу. Крім того, ВТМО технологічніша, так як аустеніт вище точки A3 пластичний і стабільний. При деформації не вимагаються великі ступеня обтиску; граничне зміцнення досягається при деформації на 20 - 40%. Для ВТМО придатні будь-які конструкційні стали.

Область ВТМО розширює явище оборотності ефекту зміцнення: властивості, отримані при ВТМО, успадковуються після повторної гарту, а це дозволяє закладати певний ресурс властивостей в сталеві напівфабрикати в тонких перетинах (стрічки, листи, труби), піддаючи їх ВТМО на металургійному заводі.

Поліпшення властивостей середньовуглецевих легованих сталей можливо при холодній пластичній деформації нізкоотпущенного мартенситу.
 Невелика деформація (5 - 20%) збільшує тимчасове опір і особливо межа плинності сталей.

Найбільш висока міцність (?в ? 3000 МПа) отримана поєднанням ВТМО з подальшою холодною пластичною деформацією нізкоотпущенних середньовуглецевих сталей.

Хіміко-термічна обробка (ХТО) поєднує теплову дію з хімічним і полягає в насиченні поверхні заготовки будь-яким елементом з метою отримання в цьому шарі необхідних властивостей (твердість, зносостійкість, жароміцність, корозійна стійкість і т.д.).

Можливість або неможливість проведення того чи іншого виду обробки визначають на підставі аналізу діаграм стану.

Для визначення режимів термообробки вуглецевих сталей використовують діаграму стану Fe - Fe3C. Температури фазових перетворень при термічній обробці сталей (критичні точки) визначаються лініями PSK, GS и SE діаграми стану Fe - Fe3C.

Нижня критична точка, відповідна оборотного перетворення аустеніту в перліт при температурі лінії PSK, позначається A1. Верхня критична точка, відповідна початку виділення з аустеніту фериту або кінця перетворення фериту в аустеніт (лінія GS), Позначається A3, Температура лінії SE - Acm.

Щоб відрізнити критичну точку при нагріванні від критичної точки при охолодженні (вони не збігаються), до позначення критичної точки при нагріванні приписують букву с, при охолодженні - букву r, відповідно критичні точки позначають як Ac1, Ac3 і Ar1, Ar3.

Хіміко-термічна обробка в середовищі вуглецевих речовин (деревне вугілля, метан, пропан, бутан і ін.) Називається цементацией; в середовищі аміаку NH3 - Азотуванням; в середовищі аміаку і вуглецевих речовин - нитроцементацией; в середовищі ціаністих солей Na і K - ціануванням; в середовищі рідкого металу - дифузійною металізацією. Також в технології використовують метали і неметали (бор, фтор, хром, титан, нікель, алюміній, кремній і ін.).

Хіміко-термічну обробку застосовують для підвищення твердості, зносостійкості, опору втоми і контактної витривалості, а також для захисту від електрохімічної та газової корозії.

Розрізняють три стадії процесу хіміко-термічної обробки.

На першій стадії протікають хімічні реакції в вихідної навколишньому середовищу, в результаті яких утворюються активні диффундирующие елементи в іонізованому стані, - стадія дисоціації.

На другій стадії процесу вони засвоюються насичує поверхнею металу - відбувається адсорбція або хемосорбция диффундирующих елементів, в результаті чого найтонший поверхневий шар насичується дифундують елементом (абсорбція), виникає градієнт концентрації - рушійна сила для наступної стадії процесу.

Третя стадія - дифузійне проникнення елемента в глиб насичується металу, яке супроводжується утворенням твердих розчинів або фазової перекристалізацією.

Перша і друга стадії процесу хіміко-термічної обробки протікають значно швидше третьої - дифузійної стадії, де формується структура і властивості дифузійної зони. Третя стадія визначає швидкість процесу хіміко-термічної обробки.

Фазові і структурні зміни, що відбуваються на дифузійної стадії процесу, можна передбачити за допомогою подвійних діаграм стану, якщо в дифузійному впливі беруть участь всього два елементи. При цьому передбачається, що дифузний процес не інтенсифікується і утворюється диффузионная зона знаходиться в рівноважному стані.

Існує безліч способів хіміко-термічної обробки, проте найбільшого поширення в промисловості одержали процеси дифузійного насичення з активних рідких і газових середовищ. Раціональнішою вихідної середовищем є активізована газове середовище, тобто среда, позбавлена ??нейтральних (баластних) домішок, де активний дифундує елемент утворюється в результаті дисоціації, диспропорционирования або відновних реакцій, які називаються провідними. Виявляти провідні хімічні реакції можна експериментально або розрахунковим шляхом. В останньому випадку більш імовірною вважається реакція, що має більш негативний ізобарно-ізотермічний потенціал (енергію Гіббса) або велику константу рівноваги. У ряді випадків вихідну газове середовище активізують іонізацією в тліючому розряді.



відпустка стали | цементація стали

Перетворення в сталі при нагріванні | Перетворення в сталі при охолодженні | Перетворення аустеніту в мартенсит при безперервному охолодженні | Перетворення, які відбуваються в стали при відпустці | Нагрівання при термообробці | Хімічна дія на метал нагревающей середовища | гартівні середовища | Способи загартування сталей | Закаливаемость і прокаліваемость стали | Низьковуглецевих сталей від температури і товщини шару |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати