.
основы термической и химико -термической обработки металлов и сплавов
ЧАСТЬ 1 Термическая обработка
Основы термической обработки металла заложены в конце XIX века русским металлургом Д.К.Черновым. Наблюдая изменения, происходящие о внутреннем строении стали при ее нагревании и охлаждении, Чернов пришел к выводу, что эти изменения можно использовать в практических целях и управлять ими. Устанавливая режим нагревания и охлаждения, можно тем самым изменять некоторые свойства металлов.
Термическая обработка стали основана на свойстве металлов изменять свою структуру при нагревании и охлаждении. Путем термической обработки стали можно придавать ей различные свойства: сделать стальное изделие хрупким и твердым или, наоборот, мягким и пластичным.
Термическая обработка стали заключается в нагревании изделия или заготовки до определенной температуры, некоторой выдержки при этой температуре и последующим охлаждении с определенной скоростью.
Термическая обработка
Режим нагревания, выдержки и охлаждении зависит от того, из какой марки получено изделие, формы и размеров изделия и других причин.
Чтобы избежать брака при термообработки и добиться определенного режима, необходимо регулировать температуру нагрева изделия. Термообработку осуществляют по графику контроль за температурой в термопечах ведут при помощи термопар и пирометра.
Температуру нагрева изделия можно также определить по цветам побежалости и каления. При нагревании защищенного изделия на его поверхности образуется пленка окисла.
При увеличении температуры и длительности нагрева толщина слоя пленки возрастает и цвет ее изменяется. Цвета окисных пленок на стальных изделиях при нагревании от 220⁰ до 350⁰ называются цветами побежалости.
При нагревании стали выше 530⁰ сталь начинает светиться. С повышением температуры свечение стали меняется. Цвета, принимаемые сталью при нагревании выше 530⁰, называются цветами каления.
Отжиг
Закалка
Отпуск
Нормализация
Криогенная Обработка
Термическая обработка
Отжиг – термическая обработка, в результате которой металлы или сплавы приобретают структуру, близкую к равновесной. Отжиг вызывает разупрочнение металлов, сопровождающееся повышение пластичности и снятием остаточных напряжений.
Отжиг заключается в нагреве изделий до определенной температуры, выдержке их при данной температуре с последующим медленным охлаждением вместе с печью. При этом заготовки или изделия получают устойчивую структуру без остаточных напряжений.
Цели отжига – снятие внутренних напряжений, устранение структурной и химической неоднородности, снижение твердости и улучшение обрабатываемости, подготовка к последующей операции термообработки.
Отжиг стали проводят для получения требуемой равновесной структуры с минимальной твердостью, с целью дальнейшей обработки получаемых деталей резанием. Изделие нагревают до нужной температуры и охлаждают вместе с печью.
Области нагрева стали при отжиге: 1 – диффузионном; 2 – рекристаллизационном; 3 – для снятия напряжений; 4 – полном; 5 – неполном; 6 – нормализационном.
Структурные превращение в эвтектоидной стали при полном отжиге
ЗАКАЛКА – основана на перекристаллизации металлов и заключается в нагревании металлического изделия до определенной температуры, выдержки и быстром охлаждении.
Скорость охлаждения зависит от охлаждающей среды. Распространенной охлаждающей жидкостью является вода. Кроме воды, для охлаждения при закалке применяют ряд растворов, масло, расплавленный свинец и др.
Выбор охлаждающей среды зависит от содержания углерода в стали.
Сталь, содержащая углерода 0,9%, требует наименьшей скорости закалки
Углеродистые стали у которых содержание углерода ниже 0,30% (марки Ст.1до Ст30), закалке не подвержены.
Легированные стали закаливают маслом.
Закалку применяют для повышения твердости, прочности и износостойкости.
Установка ТВЧ для закалки
ОТПУСК – заключается в нагреве закаленной стали до определенной температуры (ниже 723), выдержке при этой температуре и охлаждении; проводится сразу после закалки.
Закалка и последующий отпуск при высокой температуре называют термическим улучшением. При этом механические свойства стали становятся наиболее высокими. Проводится обычно после закалки с целью снятия остаточных напряжений, уменьшает твёрдость и хрупкость металла.
Низкий отпуск (220 - 3000С ) применяется для инструментов и изделий которые должны обладать высокой твёрдостью и износостойкостью.
Средний отпуск (300 – 5000С) применяется для термической обработки пружин, штампов, ударного инструмента.
Высокий отпуск (500 - 7000С) получается хорошее сочетание прочности и вязкости
Нормализация.
Изделие нагревают до аустенитного состояния (на 30…50 градусов выше АС3) и охлаждают на спокойном воздухе
Структура низкоуглеродистой стали после нормализации феррито-перлитная, такая же, как и после отжига.
В некоторых случаях нормализация может заменить для низкоуглеродистой стали отжиг, а для высокоуглеродистой — улучшение(закалку с высоким отпуском).
Часто нормализацию используют для подготовки стали к закалке. Нормализация обеспечивает большую производительность и лучшее качество поверхности при обработке резанием
Чтобы повысить механические свойства стали ее обрабатывают холодом. Сталь охлаждают в специальных холодильных установках до температуры от -20 до -100 с выдержкой около 1,5 часов. Охлаждающими жидкостями являются: жидкий воздух, азот, смесь твердой углекислоты с денатурированным спиртом.
После выдержки производят отпуск. В результате такой обработки твердость изделия значительно повышается, улучшается его износоустойчивость.
Обработку холодом применяют главным образом для режущих инструментов.
основы термической и химико -термической обработки металлов и сплавов
ЧАСТЬ 2 Химико -Термическая обработка
Виды
Цементация
Азотирование
Диффузионная
металлизация
Нитро-
цементация
Химико -Термическая обработка
Химико-термической обработкой называется тепловая обработка металлических изделий в химически активных средах для изменения химического состава, структуры и свойств поверхностных слоев. Химико-термическая обработка основана на диффузии атомов различных химический элементов в кристаллическую решетку железа при нагревании в среде, содержащей эти элементы.
Любой вид химико-термической обработки состоит из следующих процессов:
диссоциация – распад молекул и образование активных атомов насыщенного элемента, протекает во внешней среде;
адсорбция – поглощение (растворение) поверхностью металла свободных атомов, происходит на границе газ – металл;
диффузия – перемещение атомов насыщающего элемента с поверхности в глубь металла.
Цементация – это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Целью цементации является получение твердой и износостойкой поверхности в сочетании с вязкой сердцевиной.
Среда где проводиться цементация называется карбюризатор.
Различают 3 вида карбюризаторов:
1-жидкий
2-твёрдый
3-газовый
Твёрдая цементация. Деталь помещается в цементационный ящик, на дно ящика засыпается порошок древесного угля ( не менее 20 мм затем кладётся деталь и засыпается опять порошком не менее 20 мм, затем ящик закрывается крышкой и обмазывается огнеупорной глиной Тц=920-930. Время выдержки 7-9 часов
Жидкая цементация- предназначена для мелких деталей(например болты, винты и т.д.)
Жидкая цементация проводиться путём погружения детали в печь с раствором бензина(керосина)+BaCl2=CnHm.
Тц=840-860
Время выдержки=6ч
Охлаждение-воздух
Цементируют детали, работающие в условиях трения, при больших давлениях и циклических нагрузках, например шестерни, поршневые пальцы, распределительные валы и др.
Печь для газовой цементации
Газовый карбюризатор: разбавленный природный газ (состоящий почти полностью из метана: СН4 → 2Н2 + С ), а также жидкие углеводороды (керосин, бензол и др.), каплями подаваемые в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют активную газовую среду.
Азотирование – это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом для придания этому слою высокой твердости, износостойкости и устойчивости против коррозии.
Процесс азотирования состоит в выдержки в течение длительного времени (до 60 часов) деталей в атмосфере аммиака при температуре 500-600⁰С. Высокую твердость азотированному слою придают нитриды легирующих элементов, таких как хром, молибден, алюминий, титан. Поэтому азотирования подвергают легированные стали, содержащие указанные элементы.
Нитроцементация (цианирование) – это процесс совместного насыщения поверхности стальных изделий азотом и углеродом. Основной целью цианирования является повышение твердости и износостойкости деталей.
Цианирование производят в расплавленных солях, содержащей цианистый калий или в газовой среде, состоящей из эндотермического газа с добавлением природного газа и аммиака. Цианирование достаточно дорогой способ обработки металла.
Диффузионная металлизация – это процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали различными металлами (алюминием, хромом, кремнием, бором). После диффузионной металлизации детали приобретают ряд ценных свойств, например, жаростойкость, окалиностойкость и др.
Диффузионная металлизация может проводится:
в твердой среде; металлизатором является ферросплав с добавкой хлористого аммония;
в расплавленном металле с низкой температурой плавления (цинк, алюминий), которую проводят погружением детали в расплав;
в газовой среде, содержащей хлориды различных металлов, которые при нагреве вступают в обменную реакцию с железом с образованием активного диффундированного атома металла.
Виды диффузионной металлизации:
Алитирование – это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя алюминием. Применяют для повышения коррозионной стойкости и жаростойкости углеродистых сталей, работающих при высокой температуре.
Хромирование – это процесс диффузионного насыщения поверхности хромом. При хромировании обеспечивается высокая против газовой коррозии до 800⁰С, окалиностойкость и износостойкость деталей в агрессивных средах (морская вода, кислоты).
Силицирование это процесс диффузионного насыщения поверхности кремнием. Силицирование обеспечивает наряду с повышенной износостойкостью высокую коррозионную стойкость изделий в кислотах и морской воде. Применяется для деталей, используемых в нефтяной и химической промышленности.
Борирование – это процесс диффузионного насыщения поверхности бором. Борирование придает поверхностному слою исключительно высокую твердость, износостойкость и устойчивость против коррозии в различных средах.
Дайте определение термину Термообработка
Это процесс изменения структуры стали , цветных металлов и сплавов мри нагревании и последующем охлаждении с определённой скоростью.
Менятся ли химический состав материала при термической обработке.
Нет химический состав не меняется.
На каком физическом явлении основана Закалка? Опишите структуру процесса.
Закалка основана на перекристаллизации металлов. Состоит из : 1)Нагрева материала выше критической температуры, 2) Выдержке при заданной температуре. 3) Быстром охлаждении в разных средах (вода ,масло и тд)
Какие углеродистые стали не подвержены закалке?
Углеродистые стали с содержанием углерода ( С) ниже 0,30 % вообще не закаливаются.
Закрепление изученного материала
Дайте определение термину Отпуск.
Отпуск - это вид термообработки проводимый после закалки с целью снятия внутренних остаточных напряжений в металлах и сплавах, для придания вязкости и снижения хрупкости.
Виды отпуска и температурные интервалы.
Низкий отпуск (220 – 300 0С) –применяется для изделий которые должныобладать высокой твёрдостью и износостойкостью
Средний отпуск (300 – 500 0 С) – применяется при термообработке пружин штампов и ударного инструмента.
Высокий отпуск (500 – 700 0С) – сочетание прочности и вязкости.
Для чего нужен такой вид термообработки как Отжиг и в чём его сущность?
Отжиг стали заключается в нагревании до 800 – 900 0С с последующем медленном охлаждении. После отжига сталь легко подаётся механической обработке.
Закрепление изученного материала
Дайте определение термину ХТО и какова его цель?
Химико-термической обработкой (ХТО) называют технологические процессы, приводящие к диффузионному насыщению поверхностного слоя деталей различными элементами с целью повышение твёрдости, износостойкости, а также для защиты от электрохимической и газовой коррозии.
Что такое Цементация стали ?
Цементация - технологический процесс диффузионного насыщения углеродом. Концентрация углерода на поверхности стальной детали доводится до 0,8 – 1%. Сердцевина детали, содержащая 0,08 – 0,25%С, остаётся вязкой, а поверхности, не подлежащие цементации, защищаются гальваническим омеднением. Толщина медного слоя составляет 0,02 – 0,05 мм.
Закрепление изученного материала
Что такое Карбюризатор?
Карбюризатор – исходная среда для цементации (науглероживание). В основном применяют два способа цементации:
В твёрдом карбюризаторе: древесный уголь + добавки углекислого бария.
Газовый карбюризатор: разбавленный природный газ (состоящий почти полностью из метана: СН4 → 2Н2 + С ), а также жидкие углеводороды (керосин, бензол и др.), каплями подаваемые в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют
активную газовую среду.
Что такое Азотирование стали и какова цель этого процесса?
Азотирование стали – процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны деталей.
Цель:повысить износостойкость и предел выносливости деталей машин (коленчатые валы, гильзы цилиндров, червяки, валики и др.)
Закрепление изученного материала
Дайте определение основным видам диффузионной металлизации:
Алитирование
процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя алюминием. Применяют для повышения коррозионной стойкости и жаростойкости углеродистых сталей, работающих при высокой температуре.
Хромирование
процесс диффузионного насыщения поверхности хромом. При хромировании обеспечивается высокая против газовой коррозии до 800⁰С, окалиностойкость и износостойкость деталей в агрессивных средах (морская вода, кислоты).
Силицирование
процесс диффузионного насыщения поверхности кремнием. Силицирование обеспечивает наряду с повышенной износостойкостью высокую коррозионную стойкость изделий в кислотах и морской воде. Применяется для деталей, используемых в нефтяной и химической промышленности.
Закрепление изученного материала
Закрепление изученного материала
Борирование
процесс диффузионного насыщения поверхности бором. Борирование придает поверхностному слою исключительно высокую твердость, износостойкость и устойчивость против коррозии в различных среда.
Lady Gaga & Elton John #ARTPOP