Главная страница
Навигация по странице:

  • Мартенситное превращение

  • 26.Превращение в закаленной стали при нагреве (отпуске): три стадии отпуска.

  • 27.Закалка стали, её назначение, технология для до- и заэвтектоидных сталей, выбор закалочных жидкостей. Структура закаленной стали. Виды брака при закалке.

  • 28.Отпуск закаленной стали, его разновидности, назначение, получаемые структуры. Низкий (низкотемпературный отпуск)

  • Средний (средне-температурный) отпуск

  • Высокий(высокотемпературный) отпуск

  • 29. Химико-термическая обработка стали, её сущность, назначение, разновидности.

  • 30. Цементация стали, её разновидности, технология, назначение, структура диффузионных слоев.

  • 31.Азотирование стали, его назначение, технология, область применения, структура диффузионного слоя.

  • 1)Цементируемые (сталь низкоуглеродистая; цементация + закалка + низкий отпуск)2)Улучшаемые

  • 3)Пружинно-рессорные (высокоуглеродистая; Мn-Г и Si-С – легирование; ТО: закалка + средний отпуск)4)Сталь для азотирования

  • 5)Шарикоподшипниковые (ТО: Отжиг + закалка + отпуск)33.Инструментальная легированная сталь, её классификация, особенности состава и термической обработки каждой группы.

  • 1)Сталь для мерительного инструмента и режущего (+ Cr-Х)2)Быстро-режущая сталь

  • 35.Деформируемые не упрочняемые сплавы алюминия, их состав, свойства, маркировка, применение в судостроении.

  • 36.Деформируемые упрочняемые сплавы алюминия. Дюралюминий, его состав, структура, термическая обработка, применение. Высокопрочные сплавы алюминия, жаропрочные сплавы.

  • 37.Литейные сплавы алюминия. Силумины и методы их упрочнения. Антифрикционные сплавы алюминия.

  • Литейные алюминиевые сплавы

  • АК12, АК9ч, АК9пч, АК7ч, АК7пч, АК8л, АК9, АК7

  • материаловед 25-37. 25. Мартенситное превращение, его природа и основные закономерности. Строение и свойства мартенсита. Остаточный аустенит и причины его получения. Мартенсит


    Скачать 43.22 Kb.
    Название25. Мартенситное превращение, его природа и основные закономерности. Строение и свойства мартенсита. Остаточный аустенит и причины его получения. Мартенсит
    Анкорматериаловед 25-37.docx
    Дата25.11.2017
    Размер43.22 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файламатериаловед 25-37.docx
    ТипДокументы
    #6253

    25. Мартенситное превращение, его природа и основные закономерности. Строение и свойства мартенсита. Остаточный аустенит и причины его получения.

    Мартенситмикроструктура игольчатого (пластинчатого) вида, а также реечного (пакетного) наблюдаемая в закалённых металлических сплавах и в некоторых чистых металлах, которым свойственен полиморфизм. Мартенсит — основная структурная составляющая закалённой стали; представляет собой упорядоченный пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе такой же концентрации, как у исходного аустенита.

    Мартенситное превращение, полиморфное превращение, при котором изменение взаимного расположения составляющих кристалл атомов (или молекул) происходит путём их упорядоченного перемещения, причем относительные смещения соседних атомов малы по сравнению с междуатомным расстоянием. Перестройка кристаллической решётки в микрообластях обычно сводится к деформации её ячейки, и конечная фаза мартенситного превращения может рассматриваться как однородно деформированная исходная фаза.

    Различают Атермический мартенсит, образовавшийся при охлаждении, и изотермический, образующийся при постоянной температуре.

    Кристаллическая структура мартенсита тетрагональна, элементарная ячейка имеет форму прямоугольного параллелепипеда, атомы железа расположены в вершинах и центре ячейки, атомы углерода в объёме ячеек. Структура неравновесна, и в ней есть большие внутренние напряжения, что в значительной степени определяет высокую твёрдость и прочность сталей с мартенситной структурой.
    26.Превращение в закаленной стали при нагреве (отпуске): три стадии отпуска.

    Отпуском называется операция нагрева закаленной стали для уменьшения остаточных напряжений и придания комплекса механических свойств, которые необходимы для долголетней эксплуатации изделия. Отпуск производится путем нагрева деталей, закаленных на мартенсит до температуры ниже критической. При этом в зависимости от температуры нагрева могут быть получены состояния мартенсита, троостита или сорбита отпуска. Эти состояния отличаются от состояний закалки по структуре и свойствам: при закалке цементит (в троостите и сорбите) получается в форме удлиненных пластинок, как в пластинчатом перлите. А при отпуске он получается зернистым или точечным, как в зернистом перлите.

    При отпуске закаленной на мартенсит стали в ней происходят превращения, которые приводят к распаду мартенсита и образованию равновесного структурно-фазового состава. Интенсивность и результат этих превращений зависят от температуры отпуска. Температуру отпуска выбирают в зависимости от функционального эксплуатационного назначения изделия.

    В зависимости от температуры нагрева существует три вида отпуска: низкотемпературный (низкий), среднетемпературный (средний) и высокотемпературный (высокий).

    При низком отпуске (нагрев до температуры 200–300°) в структуре стали в основном остается мартенсит, кроме того, начинается выделение карбидов железа из твердого раствора углерода в б-железе и начальное скопление их небольшими группами. Это влечет за собой некоторое уменьшение твердости и увеличение пластических и вязких свойств стали, а также уменьшение внутренних напряжений в деталях.

    Среднетемпературный (средний) отпуск производится при температуре от 350 до 450 °C. При таком нагреве завершается распад мартенсита, приводящий к образованию нормальных по составу и внутреннему строению феррита и цементита. Вследствие недостаточной интенсивности диффузионных процессов размер зерен образующихся фаз оказывается очень малым.

    Высокотемпературный (высокий) отпуск осуществляется при 500–650 °C. При таких условиях нагрева при усилившихся диффузионных процессах происходит образование более крупных зерен феррита и цементита, сопровождающееся снижением плотности дислокаций и полным устранением остаточных напряжений.

    Получающийся при высоком отпуске продукт распада мартенсита, называемый сорбитом отпуска, обладает максимальной для стали вязкостью.

    Такой комплекс является идеальным для деталей машин, подвергающихся динамическим нагрузкам. Благодаря этому преимуществу термическую обработку, сочетающую закалку и высокий отпуск, издавна называют улучшением.
    27.Закалка стали, её назначение, технология для до- и заэвтектоидных сталей, выбор закалочных жидкостей. Структура закаленной стали. Виды брака при закалке.

    Закалкой стали называется операция термической обработки, заключающаяся в нагреве её по крайней мере выше критической точки Ac1(T.e. до аустенито-ферритного, аустенитного или аустенито-цементитного), выдержке и последующем охлаждении в различных средах с целью получения при комнатной температуре неустойчивых продуктов распада аустенита, а следовательно, повышения твёрдости и прочности.

    Технология закалки стали требует быстрого охлаждения в пределах от 650 до 400° С. Длительность нагрева при закалке зависит от вида нагревательного устройства. Опытные данные показывают, что на закалку 1 мм сечения в электрической печи затрачивается от 90 секунд до 2 минут, тогда как в пламенной печи – 1 минута, а в соляной ванне – 30 секунд. Меньше всего времени уходит на закалку в свинцовой ванне ( от 6 секунд).

    По температуре нагрева различают два вида закалки – полная и неполная закалка металлов. Неполная закалка используется, как правило, для инструментальных сталей. В процессе полной закалки структура стали становится аустенитной (кристаллическая решетка гранецентрированная, в отличие от объемно-центрированной ферритной решетки).

    Охлаждающими средами могут служить различные жидкости (вода, растворы солей, щелочей), технические масла и даже расплавленный свинец. Вода слишком быстро охлаждает, поэтому высока вероятность возникновения внутренних напряжений. Минеральные масла дороги и легко воспламеняются. Одним из лучших охладителей является 8-12% раствор обычной пищевой соли (NaCl – хлорид натрия), или каустической соды (она же гидроксид натрия или едкий натр - NaOH).

    Структура закаленной стали состоит не только из мартенсита, но и остаточного аустенита. Заметное количество остаточного аустенита после закалки получается не только в легированной, но и в простой углеродистой стали, содержащей всего 0,2% углерода. Остаточный аустенит оказывает в основном отрицательное влияние на свойства стали.

    При закалке появляются следующие наиболее характерные виды брака. Пониженная твердость инструмента и мягкие пятна на его поверхности — результат низкой температуры, недостаточной выдержки, замедленного охлаждения, загрязнения охлаждающих ванн и обезуглероживания. К основным видам брака из-за неправиль­ного охлаждения относятся закалочные тре­щины, коробление, малая твердость, мягковины, низкие механические свойства. Иногда при закалке на поверхности дета­лей образуются трещины (фиг. 111). Они об­разуются в результате возникновения в детали больших внутренних напряжений.

    28.Отпуск закаленной стали, его разновидности, назначение, получаемые структуры.

    Низкий (низкотемпературный отпуск) проводят при температурах не выше 250...300°С. При таких температурах происходит частичное обезуглероживание мартенсита и выделение из него некоторого количества избыточного углерода в виде частиц е - карбида железа. Образующаяся структура, состоящая из частичного обезуглероженного мартенсита и е-карбидов, называется отпущенным мартенситом. Выход некоторого количества углерода из решетки мартенсита способствует уменьшению её искажения и снижению внутренних напряжений. При таком отпуске несколько повышается прочность и вязкость без заметного снижения твёрдости. В целом изменение свойств при низком отпуске незначительно. Так закалённая сталь с содержанием углерода 0,5... 1,3 % после низкого отпуска сохраняет твёрдость в пределах 58...63 HRC, а следовательно, обладает высокой износостойкостью. Однако такая сталь не выдерживает значительных динамических нагрузок.
    Низкому отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, работающий без значительного разогрева рабочей части, а такие детали, прошедшие поверхностную закалку или цементацию. Цель такого отпуска - некоторое снижение внутренних напряжений.

    Средний (средне-температурный) отпуск выполняют при температурах 350...500°С и применяют преимущественно для рессор, пружин, некоторых видов штампов. При таких температурах происходит дальнейшее обезуглероживание мартенсита, приводящее к его превращению в обычный а-раствор,т.е. в феррит. Одновременно происходит карбидное превращение по схеме; Fe2C  Fе3С,
    В результате образуется феррито-цементитная смесь, называемая троститом отпуска. Наблюдается снижение твёрдости до величины 40...50 HRC, а также снижение внутренних напряжений.
    Такой отпуск обеспечивает высокий предел упругости и предел выносливости, что позволяет применять его для различных упругих элементов.
    Высокий(высокотемпературный) отпуск проводят при 500...600°С. Структурные изменения при таких температурах заключаются в укрупнении (коагуляции) частиц цементита. В результате этого образуется феррито-цементитная смесь, называемая сорбитом отпуска. Также, как и
    тростит отпуска, эта структура характеризуется зернистым строением в отличии от пластинчатых структур тростита и сорбита закалки. Твёрдость стали после высокого отпуска снижается до 25,,,35 HRC, Однако уровень прочности при этом ещё достаточно высок , В то же время обеспечивается повышенная пластичность и особенно ударная вязкость, практически полностью снимаются внутренние напряжения,, возникшие при закалке.
    Таким образом, высокий отпуск на сорбит обеспечивает наилучший комплекс механических свойств, позволяющий применять его для деталей, работающих в условиях динамических нагрузок. Такой же отпуск рекомендуется для деталей машин из легированных сталей, работающих при повышенных температурах.
    29. Химико-термическая обработка стали, её сущность, назначение, разновидности.

    Химико-термической обработка (ХТО) – обработка с сочетанием термического и химического воздействия для изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя детали в необходимом направлении, при котором происходит поверхностное насыщение металлического материала соответствующим элементом.

    Цементация – насыщение углеродом (до 2-2,5мм)

    Ц+З+Н\о – внутри вязкий, снаружи твёрдый.

    Азотирование - насыщение поверхность детали азотом (твёрдость, износостойкость, коррозионная стойкость).

    Борирование (940-960) – насыщает на 0,2-0,4мм поверхность детали бромом, с целью повышения твердости, износостойкости, коррозионной стойкости.

    Хромирование – насыщение поверхности изделий хромом.

    Алитирование – процесс диффузионного насыщения поверхности изделий алюминием с целью повышения жаростойкости, коррозионной и эрозионной стойкости. При алитировании железа и сталей наблюдается плавное падение концентрации алюминия по толщине слоя.


    30. Цементация стали, её разновидности, технология, назначение, структура диффузионных слоев.

    Цементация стали – ХТО, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагревании в карбюризаторе, проводят при 930–950 °C, когда устойчив аустенит, растворяющий углерод в больших количествах.

    Для цементации используют низкоуглеродистые, легированные стали. Детали поступают на цементацию после механической обработки с припуском на шлифование.

    Основные виды цементации – твердая и газовая. Газовая цементация является более совершенным технологическим процессом, чем твердая. В случае газовой цементации можно получить заданную концентрацию углерода в слое; сокращается длительность процесса; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процесса; упрощается термическая обработка деталей.

    Термическая обработка необходима чтобы: исправить структуру и измельчить зерно сердцевины и цементованного слоя; получить высокую твердость в цементованном слое и хорошие механические свойства сердцевины. После цементации термическая обработка состоит из двойной закалки и отпуска. Недостаток такой термообработки – сложность технологического процесса, возможность окисления и обезуглероживания.

    Заключительная операция – низкий отпуск при 160–180 °C, переводящий мартенсит закалки в поверхностном слое в отпущенный мартенсит, снимающий напряжения и улучшающий механические свойства.
    31.Азотирование стали, его назначение, технология, область применения, структура диффузионного слоя.

    Азотирование стали – ХТО, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом при нагревании в соответствующей среде. Твердость азотированного слоя стали выше, чем цементованного, и сохраняется при нагреве до высоких температур (450–500 °C), тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется до 200–225 °C. Азотирование чаще проводят при 500–600 °C.

    Назначение азотирования


    • Упрочнение поверхности

    • Защита от коррозии

    • Повышение усталостной прочности


    32. Конструкционная легированная сталь, её назначение, классификация, особенности состава и термической обработки каждой группы конструкционной стали – цементируемой, улучшаемой, пружинно-рессорной, шарикоподшипниковой и азотируемой.

    (Низко-, средне-, высокоуглеродистые; низко-, среднелегированные; ТО-по назначению)

    1)Цементируемые

    (сталь низкоуглеродистая; цементация + закалка + низкий отпуск)

    2)Улучшаемые

    (среднеуглеродистая; закалка + высокий отпуск)

    3)Пружинно-рессорные

    (высокоуглеродистая; Мn-Г и Si-С – легирование; ТО: закалка + средний отпуск)

    4)Сталь для азотирования

    (среднеуглеродистая; Аl-Ю – легирование; ТО: улучшение + азотирование)

    5)Шарикоподшипниковые

    (ТО: Отжиг + закалка + отпуск)
    33.Инструментальная легированная сталь, её классификация, особенности состава и термической обработки каждой группы.

    (высокоуглеродистые; низко-, средне-; высоколегированные; ТО: закалка + низкий отпуск)

    1)Сталь для мерительного инструмента и режущего

    (+ Cr-Х)

    2)Быстро-режущая сталь

    ((+ Сr-Х; +W) закалка + 3 средних отпуска)

    3)Штамповый инструмент

    ((Cr, W, V) для холодных штампов; для горячих штампов)

    34. Алюминий и сплавы алюминия, их классификация, свойства, применение.



    Дюралюминий – деформируемый сплав алюминия (для производства проката и поковок).

    Силумины – литейные сплавы алюминия (для производства отливок).

    Большинство  алюминиевых сплавов  имеют худшую электро- и теплопроводность,  коррозионную стойкость и свариваемость по сравнению с чистым алюминием.

    За счет того, что предел текучести сплавов в несколько раз превышает предел текучести чистого алюминия, алюминиевые сплавы уже могут использоваться в качестве конструкционного материала с разным уровнем нагрузок (в зависимости от марки сплава и его состояния).

    Из алюминиевых сплавов изготовляют корпусы судов, палубные надстройки, коммуникацию и различного рода судовое оборудование.
    Основное преимущество при внедрении алюминия и его сплавов по сравнению со сталью - снижение массы судов, которая может достигать 50 ... 60 %. В результате представляется возможность повысить грузоподъемность судна или улучшить его тактико-технические характеристики (маневренность, скорость и т.д.).
    35.Деформируемые не упрочняемые сплавы алюминия, их состав, свойства, маркировка, применение в судостроении.

    Эти сплавы характеризуются сравнительно невысокой прочностью, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Их применяют в тех случаях, когда требуется высокая пластичность - для изделий, получаемых глубокой штамповкой.

    К рассматриваемой группе сплавов относятся сплавы систем А1-Мn (так называемые сплавы АМц) и Al-Mg (сплавы АМг). Эти сплавы не упрочняются термической обработкой.

    Марганец, в отличие от остальных элементов, не только не ухудшает коррозионной стойкости алюминиевого сплава, но несколько улучшает ее. Поэтому сплавы А1-Мn превосходят чистый алюминий более высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

    Сплавы А1-Mg при содержании до 1,4% Mg не упрочняются при термической обработке.

    При большем содержании (Mg>3%) упрочнение возможно, но эффект упрочнения невелик.

    Магний является полезным легирующим элементом. Не считая повышения коррозионного сопротивления, магний уменьшает плотность алюминиевого сплава (так как он легче алюминия), повышает прочность, не снижая его пластичность.

    Поэтому сплавы Al-Mg получили распространение как несколько более прочные и легкие, чем чистый алюминий.

    Марки этих сплавов: Амг2, Амг3, Амг5, АМг6,АМц.

    Эти сплавы в виде листов, а также прокатанного или прессованного материала поставляются в отожженном (мягком) состоянии (в марочном обозначении тогда добавляется буква М), после небольшой степени наклепа, т. е. полунагартованные (обозначаются буквой П) и после сильного наклепа, т. е. нагартованные (обозначаются буквой Н).

    Марганец вводят в дюралюминий (до 1%), как и в другие алюминиевые сплавы, главным образом для повышения коррозионной стойкости.

    Эти сплавы используют для изготовления емкостей (баки для бензина), трубопроводов, средненагруженных деталей.

    36.Деформируемые упрочняемые сплавы алюминия. Дюралюминий, его состав, структура, термическая обработка, применение. Высокопрочные сплавы алюминия, жаропрочные сплавы.

    Упрочняемые термической обработкой:

    Дуралюмины, «дюраль» (Д1, Д16, Д20*, сплавы алюминия меди и марганца [Al-Cu-Mg]) — удовлетворительно обрабатываются резанием в закаленном и состаренном состояниях, но плохо в отожженном состоянии. Дуралюмины хорошо свариваются точечной сваркой и не свариваются сваркой плавлением вследствие склонности к образованию трещин. Из сплава Д16 изготовляют обшивки, шпангоуты, стрингера и лонжероны самолетов, силовые каркасы, строительные конструкции, кузова автомобилей.

    Сплав авиаль (АВ) удовлетворительно обрабатывается резанием после закалки и старения, хорошо сваривается аргонодуговой и контактной сваркой. Из этого сплава изготовляются различные полуфабрикаты (листы, профили, трубы и т.д.), используемые для элементов конструкций, несущих умеренные нагрузки, кроме того, лопасти винтов вертолетов, кованные детали двигателей, рамы, двери, для которых требуется высокая пластичность в холодном и горячем состоянии.

    Высокопрочный сплав (В95) имеет предел прочности 560-600 Н/мм2, хорошо обрабатывается резанием и сваривается точечной сваркой. Сплав применяется в самолетостроении для нагруженных конструкций (обшивки, стрингеры, шпангоуты, лонжероны) и для силовых каркасов в строительных сооружениях.

    Сплавы для ковки и штамповки (АК6, АК8, АК4-1 [жаропрочный]). Сплавы этого типа отличаются высокой пластичностью и удовлетворительными литейными свойствами, позволяющими получить качественные слитки. Алюминиевые сплавы этой группы хорошо обрабатываются резанием и удовлетворительно свариваются контактной и аргонодуговой сваркой.
    37.Литейные сплавы алюминия. Силумины и методы их упрочнения. Антифрикционные сплавы алюминия.

    Применяют сплавы АК9ч, АК7ч, АК9, АК7 для наиболее ответственных отливок, сложных и крупногабаритных деталей, работающих при больших нагрузках (картер двигателя внутреннего сгорания), для литья мало и средненагруженных деталей приборов, агрегатов и двигателей, а также для бытовых изделий.

    Литейные алюминиевые сплавы имеют ряд особенностей: повышенную жидкотекучесть, обеспечивающую получение тонкостенных и сложных по конфигурации отливок; сравнительно невысокую линейную усадку; пониженную склонность к образованию горячих трещин. Кроме того, алюминиевые сплавы обладают высокой склонностью к окислению, насыщению водородом, что приводит к таким видам брака отливок, как газовая пористость, шлаковые включения и оксидные включения. Поэтому при разработке технологии плавки и изготовлении фасонных отливок любым из способов литья необходимо учитывать особенности отдельных групп алюминиевых сплавов. Наибольшее распространение в промышленности имеют сплавы А1—Si, Al—Si—Mg (АК12, АК9ч, АК9пч, АК7ч, АК7пч, АК8л, АК9, АК7), которые отличаются хорошими технологическими свойствами.


    написать администратору сайта