Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

Промышленность, производство->Реферат
Автоматическим регулятором называется устройство, обеспечивающее в системах автоматического регулирования (АСР) поддержание технологической величины о...полностью>>
Промышленность, производство->Реферат
В зависимости от рода перемещаемого груза, конвейеры используют для перемещения штучных грузов, сыпучих мелко и крупно кусковых грузов. Поэтому форма ...полностью>>
Промышленность, производство->Реферат
фланец представляет собой тело вращения, что определяет широкое использование при изготовлении детали токарно-винторезных станков – 1К625, 1К62. В дет...полностью>>
Промышленность, производство->Реферат
Большое значение в нашей жизни имеют кадровые документы, в том числе и личные дела, в них фиксируются сведения, необходимые для осуществления граждана...полностью>>

Главная > Конспект >Промышленность, производство

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Элементы теории термической обработки стали

Вступление

Технология металлов состоит из трех основных видов: металлургии – получение металла заданного состава; механической технологии – получение из металла изделий заданной внешней формы; термической обработки – получение заданных свойств.

Конечно, и при металлургическом производстве металлургическое изделие получает определенную внешнюю форму (слиток), но не это является определяющим. При обработке резанием, ковке, штамповке и т. д. в какой-то степени изменяется структура металла (или его поверхностных слоев), но это следует рассматривать как сопутствующее явление, так же как и изменение формы при термической обработке, основная цель которой – изменение структуры металла.

Трудно переоценить значение термической обработки в современной машинной технике, основанной на использовании металлов. Изменение свойств металлов при термической обработке очень велико.

Вопрос №1. Общие положения и классификация видов термической обработки

Термической обработкой (ТО) называют процессы теплового воздействия по определенным режимам с целью изменения структуры и свойств сплава.

Основные факторы воздействия при ТО: – температура t и время . Поэтому процесс ТО обычно изображают в виде графика в координатах «температура – время» (рис.1).

Режим термической обработки характеризуют следующие основные параметры: температура нагрева tmax, т. е. максимальная температура, до которой был нагрет сплав при термической обработке; время выдержки сплава при температуре нагрева В, скорость нагрева υнагр и скорость охлаждения υохл.

Рисунок 1 – График (режим) простой термической обработки

Графиком температура – время может быть охарактеризован любой процесс термической обработки.

Результатом ТО должно быть остаточное изменение свойств сплава, обусловленные фазовыми превращениями. Поэтому при выборе режима ТО данного сплава пользуются его диаграммой состояния.

Все виды термической обработки можно разделить на четыре основные группы (по А. А. Бочвару).

Первая группа. Предшествующая обработка может привести металл в неустойчивое состояние. Так, холодная пластическая деформация создает наклеп – искажение кристаллической решетки. При затвердевании не успевают протекать диффузионные процессы, и состав металла даже в объеме одного зерна оказывается неоднородным. Быстрое охлаждение или неравномерное приложение напряжений делает неравномерным распределение упругой деформации. Неустойчивое состояние при комнатной температуре сохраняется долго, так как теплового движения атомов при комнатной температуре недостаточно для перехода в устойчивое состояние.

Нагрев (увеличение тепловой подвижности атомов) приводит к тому, что процессы, приводящие металл в устойчивое состояние (снятие напряжений, уменьшение искажений кристаллической решетки, рекристаллизация, диффузия), достигают заметных скоростей.

Термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла, который в результате какой-то предшествующей обработки получил неустойчивое состояние, и приводящая его в более устойчивое состояние, называется отжигом.

Вторая группа. Если в сплавах при нагреве происходит фазовое превращение (аллотропическое превращение, растворение второй фазы и т. д.), то нагрев выше некоторой критической температуры вызывает изменение в строении сплава. При последующем охлаждении произойдет обратное превращение. Если охлаждение достаточно медленное, то превращение будет полное и фазовый состав будет соответствовать равновесному состоянию.

Особенность этой обработки — нагрев выше температур фазового превращения и охлаждение с малой скоростью, приводит сплав к структурному равновесию. Такая термическая обработка называется также отжигом. В отличие от обработки первой группы можно назвать ее отжигом второго рода, или фазовой перекристаллизацией.

Третья группа. Если в сплаве при нагреве происходят фазовые изменения, то полнота обратного (при охлаждения) превращения зависит от скорости охлаждения. Теоретически можно себе представить такие условия охлаждения, при которых обратное превращение вовсе не произойдет, и при комнатной температуре в результате быстрого охлаждения зафиксируется состояние сплава, характерное для высоких температур. Такая операция называется закалкой. Во многих случаях закалка не фиксирует совсем (или фиксирует не полностью) состояние сплава, устойчивое при высоких температурах. Поэтому предельный случай закалки, когда состояние сплава, характерное для высоких температур, фиксируется, называется истинной закалкой, в отличие от закалки в более широком смысле, когда фиксируется не состояние сплава при высокой температуре, а некоторая его стадия структурного превращения (распад), при которой в сплаве не достигнуто еще равновесное состояние.

Четвертая группа. Состояние закаленного сплава характеризуется неустойчивостью. Даже без всякого температурного воздействия в сплаве могут происходить процессы, приближающие его к равновесному состоянию. Нагрев сплава, увеличивающий подвижность атомов, способствует этим превращениям. При повышении температуры закаленный сплав все больше приближается к равновесному состоянию. Такая обработка, т. е. нагрев закаленного сплава ниже температуры равновесных фазовых превращений, называется отпуском. Отпуск, если он происходит при комнатной температуре или при невысоком нагреве, называют старением. И при отжиге первого рода, как и при отпуске, сплав приближается к структурному равновесию. В обоих случаях начальную стадию характеризует неустойчивое состояние, только для отжига первого рода оно было результатом предварительной обработки, при которой, однако, не было фазовых превращений, а для отпуска – предшествовавшей закалкой. Таким образом, отпуск – вторичная операция, осуществляемая всегда после закалки.

Кроме этих основных видов термической обработки, имеются еще два принципиально отличных способа, представляющих сочетание термической обработки с металлургией или механической технологией.

Химико-термическая обработка – нагрев сплава в соответствующих химических реагентах для изменения состава и структуры поверхностных слоев.

Термомеханическая (термопластическая) обработка – деформация и последующая термическая обработка, сохраняющая в той или иной форме результаты наклепа.

Вопрос №2. Термическая обработка и диаграмма состояния. Основные превращения в стали

При ТО происходит превращение, протекающее во времени, и невозможно установить, какое изменение вносит время, если неизвестно, каково устойчивое состояние сплава.

Рисунок 2 – Выбор температуры для разных видов термической обработки

Диаграмма состояния показывает, каким видам ТО может быть подвергнут сплав и в каких температурных интервалах следует производить обработку.

При изучении кристаллизации было видно, что этот процесс совершается вследствие того, что при изменившихся условиях одно состояние, например кристаллическое, более устойчиво, чем другое, например жидкое.

Фазовые превращения, которые совершаются в стали, также вызваны тем, что вследствие изменившихся условий, например температуры, одно состояние оказывается менее устойчивым, чем другое. Этим и вызываются превращения, протекающие в стали.

Рассматривая структурные превращения в стали, мы прежде всего должны указать, что основными являются три структуры, а переход их из одной в другую характеризуют основные превращения.

Укажем эти структуры:

аустенит (А) – твердый раствор углерода в γ-железе Fеγ (С);

мартенсит (М) – твердый раствор углерода в α-железе Feα (С);

перлит (П) – эвтектоидная смесь из одновременно образующихся феррита и карбида Feα +Fе3С (ничтожно малой равновесной растворимостью углерода в феррите пренебрегаем).

При термической обработке стали наблюдаются четыре основных превращения.

1 Превращение перлита в аустенит, протекающее выше точки А1, выше температуры стабильного равновесия аустенит – перлит; при этих температурах из трех основных структур минимальной свободной энергией обладает аустенит (рис.3):

Feα +Fе3С → Fеγ(С) или П → А.

2 Превращение аустенита в перлит, протекающее ниже А1:

γ(С) → Feα +Fе3С или А → П.

3 Превращение аустенита в мартенсит:

γ(С) → Feα(С) или А → М.

Это превращение наблюдается ниже температуры метастабильного равновесия аустенит – мартенсит (Т0). При Т0 более устойчивой фазой является перлит, однако работа, необходимая для образования мартенсита из аустенита, меньше, чем для образования перлита; поэтому ниже Т0 образование перлита (феррито-карбидной смеси) из аустенита может произойти только в результате превращения аустенита в мартенсит, а затем уже мартенсита в перлит.

Таким образом, аустенито-мартенситное превращение в данном случае является промежуточным в процессе перехода аустенита в перлит.

4 Превращение мартенсита в перлит, точнее в феррито-карбидную смесь:

Feα(С) → Feα +Fе3С или М → П.

Рисунок 3 – Изменение свободной энергии аустенита (FA), Мартенсита (FM) и перлита (FП) с изменением температуры

Оно происходит при всех температурах, так как при всех температурах свободная энергия мартенсита больше свободной энергии перлита.

Вопрос №3. Образование аустенита при нагреве стали

Процессы, протекающие при образовании аустенита из двухфазной структуры (феррита и цементита).

Образование аустенита при нагреве является диффузионным процессом и подчиняется основным положениям теории кристаллизации. По ДС «железо-цементит» при нагреве эвтектоидной стали (0,8 % С) перлит превращается в аустенит Ф + Ц  А. Превращение состоит из двух одновременно протекающих процессов: полиморфного  перехода и растворения цементита в аустените.

В доэвтектоидной стали при нагреве выше температуры АС1 (7270С) после превращения перлита в аустенит образуется двухфазная структура: аустенит и феррит. При дальнейшем нагреве в интервале температур АС1- АС3 феррит постепенно превращается в аустенит: содержание углерода в аустените при этом уменьшается в соответствии с линией GS на диаграмме.



Загрузить файл

Похожие страницы:

  1. Материаловедение (7)

    Реферат >> Промышленность, производство
    ... Начиная с XIX века материаловедение стало прикладной наукой. Научные ... его оксидов. Согласно теории акад. А. А. ... применяют для элементов конструкций доменных, терми­ческих и мартеновских ... при термической обработке стали или при обработке давлением, ...
  2. Термическая обработка материала для изготовления кернера

    Курсовая работа >> Промышленность, производство
    ... термической обработке и введению легирующих элементов можно повысить их коррозионную стойкость. Основное требование к сталям ... Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. Методы анализа, ... с., ил. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. Учебник. Изд. ...
  3. Термическая и химико-термическая обработка сплавов

    Реферат >> Промышленность, производство
    ... теория термической обработки металлов. Под термической обработкой понимают изменение структуры, а следовательно, и свойств стали ... стали карбидообразующих элементов. Карбидообразующие элементы ... Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для ...
  4. Курс лекций по Материаловедению

    Лекция >> Промышленность, производство
    ... стали Быстрорежущие инструментальные стали Шарикоподшипниковые стали Лекция 12  Виды термической обработки металлов. Основы теории термической обработки стали.   Виды термической обработки ... . Генеральной задачей материаловедения является создание материалов ...
  5. Материаловедение и технология конструкционных материалов для строительства

    Конспект >> Строительство
    ... элементов. 1. ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ ... %. Теория твердения ... обработку стали с целью ее упрочнения. К термической обработке стали относят: а) закалку, б) отпуск, в) отжиг, г) нормализацию, д) обработку холодом, е) химико-термическую обработку ...

Хочу больше похожих работ...

Generated in 0.0014150142669678