Термическая обработка металлов и сплавов. 3
Курсовая работа
на тему: «Термическая обработка металлов и сплавов»
Введение
Термическую обработку
применяют на различных
В результате термической
обработки свойства сплавов
Назначение и виды термической обработки
Термической (тепловой)
обработкой называются
Назначение термической
обработки металлов –
Отжиг
Отжиг – термическая обработка
заключающаяся в нагреве
Отжиг первого рода. Это отжиг при котором не происходит фазовых превращений, а если они имеют место, то не оказывают влияния на конечные результаты, предусмотренные его целевым назначением. Различают следующие разновидности отжига первого рода: гомогенизационный и рекристаллизационный.
Гомогенизационный – это отжиг с длительной выдержкой при температуре выше 950ºС (обычно 1100–1200ºС) с целью выравнивания химического состава.
Рекристаллизационный – это отжиг наклепанной стали при температуре, превышающей температуру начала рекристаллизации, с целью устранения наклепаи получение определенной величины зерна.
Отжиг второго рода. Это
отжиг, при котором фазовые
Полный отжиг производят путем нагрева стали на 30–50 °С выше критической точки, выдержкой при этой температуре и медленным охлаждением до 400–500 °С со скоростью 200 °С в час углеродистых сталей, 100 °С в час для низколегированных сталей и 50 °С в час для высоколегированных сталей. Структура стали после отжига равновесная, устойчивая.
Неполный отжиг производится
путем нагрева стали до одной
из температур, находящейся в интервале
превращений, выдержкой и медленным
охлаждением. Неполный отжиг применяют
для снижения внутренних напряжений,
понижения твердости и
Диффузионный отжиг. Металл нагревают до температур 1100–1200ºС, так как при этом более полно протекают диффузионные процессы, необходимые для выравнивания химического состава.
Изотермический отжиг заключается в следующем: сталь нагревают, а затем быстро охлаждают (чаще переносом в другую печь) до температуры, находящейся ниже критической на 50–100ºС. В основном применяется для легированных сталей. Экономически выгоден, так как длительность обычного отжига (13 – 15) ч, а изотермического отжига (4 – 6) ч
Сфероидизирующий отжиг (на зернистый перлит) заключается в нагреве стали выше критической температуры на 20 – 30 °С, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении.
Светлый отжиг осуществляется по режимам полного или неполного отжига с применением защитных атмосфер ил в печах с частичным вакуумом. Применяется с целью защиты поверхности металла от окисления и обезуглероживания.
Нормализация – заключается
в нагреве металла до температуры
на (30–50) ºС выше критической точки
и последующего охлаждения на воздухе.
Назначение нормализации различно в
зависимости от состава стали. Вместо
отжига низкоуглеродистые стали
подвергают нормализации. Для среднеуглеродистых
сталей нормализацию применяют вместо
закалки и высокого отпуска. Высокоуглеродистые
стали подвергают нормализации с
целью устранения цементитной сетки.
Нормализацию с последующим высоким
отпуском применяют вместо отжига для
исправления структуры
Закалка
Закалка – это нагрев
до оптимальной температуры, выдержка
и последующее быстрое
В результате закалки
повышается прочность и
В зависимости от формы детали, марки стали и требуемого комплекса свойств применяют различные способы закалки.
Закалка в одном охладителе. Деталь нагревают до температуры закалки и охлаждают в одном охладителе (вода, масло).
Закалка в двух средах (прерывистая закалка) – это закалка при которой деталь охлаждают последовательно в двух средах: первая среда – охлаждающая жидкость (вода), вторая – воздух или масло.
Ступенчатая закалка. Нагретую до температуры закалки деталь охлаждают в расплавленных солях, после выдержки в течении времени необходимого для выравнивания температуры по всему сечению, деталь охлаждают на воздухе, что способствует снижению закалочных напряжений.
Изотермическая закалка
так же, как и ступенчатая, производится
в двух охлаждающих средах. Температура
горячей среды (соляные, селитровые
или щелочные ванны) различна: она
зависит от химического состава
стали, но всегда на 20–100 °С выше точки
мартенситного превращения для
данной стали. Окончательное охлаждение
до комнатной температуры
Закалка с самоотпуском имеет широкое применение в инструментальном производстве. Процесс состоит в том, что детали выдерживаются в охлаждающей среде не до полного охлаждения, а в определенный момент извлекаются из нее с целью сохранения в сердцевине детали некоторого количества тепла, за счет которого производится последующий отпуск.
Отпуск
Отпуск стали является
завершающей операцией
В зависимости от
температуры нагрева
Высокий отпуск производится
при температурах нагрева выше 350–600
°С, но ниже критической точки; такой
отпуск применяется для
Средний отпуск производится при температурах нагрева 350 – 500 °С; такой отпуск широко применяется для пружинной и рессорной сталей.
Низкий отпуск производится при температурах 150–250 °С. Твердость детали после закалки почти не изменяется; низкий отпуск применяется для углеродистых и легированных инструментальных сталей, для которых необходимы высокая твердость и износостойкость.
Контроль отпуска
Старение
Старение – это процесс
изменения свойств сплавов без
заметного изменения
Термическое старение протекает в результате изменения растворимости углерода в железе в зависимости от температуры.
Если изменение твердости,
пластичности и прочности
Если же процесс
протекает при повышенной
Деформационное (механическое) старение протекает после холодной пластической деформации.
Обработка холодом
Новый вид термической
обработки, для повышения
Методы поверхностного упрочнения
Поверхностной закалкой называют процесс термической обработки, представляющий собой нагрев поверхностного слоя стали до температуры выше критической и последующее охлаждение с целью получения в поверхностном слое структуры мартенсита.
Различают следующие
виды: индукционная закалка; закалка
в электролите, закалка при
нагреве токами высокой
Индукционная закалка
основана на физическом явлении, сущность
которого заключается в том, что
электрический ток высокой
В зависимости от способа нагрева индукционная закалка подразделяется на три вида:
одновременный нагрев
и закалка всей поверхности
(используется для мелких
последовательный нагрев и закалка отдельных участков (используется для коленчатых валов и подобных им деталей);
непрерывно-последовательный
нагрев и закалка перемещением
(используется для длинных
Газопламенная закалка. Процесс
газопламенной закалки
Закалка в электролите. Процесс
закалки в электролите
Термомеханическая обработка
Термомеханическая обработка
(Т.М.О.) – новый метод упрочнения
металлов и сплавов при
Низкотемпературная
Высокотемпературная термомеханическая обработка (В.Т.М.О) при этом пластическую деформацию проводят при температурах устойчивости аустенита с последующей закалкой и отпуском.
Предварительная термомеханическая
обработка (П.Т.М.О) деформация при этом
может осуществляться при температурах
Н.Т.М.О и В.Т.М.О или при
Назначение и виды химико-термической обработки
Химико-термической
Цель химико-термической
обработки: повышение
Наибольшее применение
в промышленности получили
Цементация – это процесс
поверхностного насыщения углеродом,
произведенный с целью
В зависимости от
применяемого карбюризатора
Газовая цементация. Детали нагревают до 900–950ºС в специальных герметически закрытых печах, в которые непрерывным потоком подают цементующий углеродосодержащий газ [естественный (природный) или искусственный].
Процесс цементации
в твердом карбюризаторе
Цементации любым из
рассмотренных выше способов
подвергаются детали из
Азотирование – это
процесс насыщения
Цианирование – .насыщение поверхностного слоя изделий одновременно углеродом и азотом.
В зависимости от используемой среды различают цианирование: в твердых средах; в жидких средах; в газовых средах.
В зависимости от
температуры нагрева
Цианирование в жидких средах производят в ваннах с расплавленными солями.
Цианирование в газовых средах (нитроцементация). Процесс одновременного насыщения поверхности детали углеродом и азотом. Для этого детали нагревают в среде, состоящей из цементующего газа и аммиака, то есть нитроцементация совмещает в себе процессы газовой цементации и азотирования.
Диффузионное насыщение металлами и металлоидами
Существуют и применяются
в промышленности способы
Алитирование – процесс
насыщения поверхностного слоя стали
алюминием для повышения
Алитирование проводят в порошкообразных смесях, в ваннах с расплавленным алюминием, в газовой среде и распыливанием жидкого алюминия.
Хромирование – процесс насыщения поверхностного слоя стали хромом для повышении коррозионной стойкости и жаростойкости, а при хромировании высокоуглеродистых сталей – для повышения твердости и износостойкости.
Силицирование – процесс насыщения поверхностного слоя детали кремнием для повышения коррозионной стойкости и кислотостойкости. Силицированию подвергают детали из низко- и среднеуглеродистых сталей, а также из ковкого и высокопрочного чугунов.
Борирование –
процесс насыщения
Сульфидирование – процесс
насыщения поверхностного слоя стальных
деталей серой для улучшения
противозадирных свойств и
Сульфоцианирование – процесс поверхностного насыщения стальных деталей серой, углеродом и азотом. Совместное влияние серы и азота в поверхностном слое металла обеспечивает более высокие противозадирные свойства и износостойкость по сравнению насыщение только серой.
Термическая обработка чугуна
Термическую обработку
чугунов проводят с целью
Отжиг для снятия внутренних напряжений. Этому отжигу подвергают чугуны при следующих температурах: серый чугун с пластинчатым графитом 500 – 570ºС; высокопрочный чугун с шаровидным графитом 550 – 650ºС; низколегированный чугун 570 – 600ºС; высоколегированный чугун 620 – 650ºС. При этом отжиге фазовых превращении не происходит, а снимаются внутренне напряжения, повышается вязкость, исключается коробление и образование трещин в процессе эксплуатации.
Смягчающий отжиг (отжиг
графитизирующий
Отжиг графитизирующий, в результате которого из белого чугуна получают ковкий чугун.
Нормализацию применяют для увеличения связанного углерода, повышения твердости, прочности и износостойкости серого, ковкого и высокопрочного чугунов. При нормализации чугун (отливки) нагревают выше температур интервала превращения 850 – 950ºС и после выдержки, охлаждают на воздухе.
Закалке подвергают серый, ковкий и высокопрочный чугун для повышения твердости, прочности и износостойкости. По способу выполнения закалка чугуна может быть объемной непрерывной, изотермической и поверхностной.
При объемной непрерывной
закалке чугун нагревают до
температуры 850 – 950ºС. Затем выдерживают
для прогрева и полного
При изотермической
закалке чугуны нагревают так
же, как и при объемной
Поверхностная закалка с нагревом поверхностного слоя кислородно – ацетиленовым пламенем, токами высокой частоты или в электролите. Температура нагрева 900 – 1000ºС. Охлаждение в воде, масле или масляной эмульсии.
Старение применяют для стабилизации размеров литых чугунных деталей, предотвращения коробления и снятия внутренних напряжений. Обычно старении проводят после грубой механической обработки. Различают два вида старения: естественное и искусственное.
Естественное старении осуществляется
на открытом воздухе или в помещении.
Изделия после литья
Искусственное старение осуществляется при повышенных температурах; длительность – несколько часов. При искусственном старении отливки чугуна загружают в печь, нагретую до 100 – 200º С, нагревают до температуры 550 – 570ºС со скоростью 30 – 60ºС в час, выдерживаю 3 – 5 часов и охлаждают вместе с печью со скоростью 20 – 40ºС в час до температуры 150 – 200ºС, а затем охлаждают на воздухе.
Химико-термическая обработка чугуна
Для повышения поверхностной
твердости и износостойкости
серые чугуны подвергают
Термическая обработка сплавов цветных металлов
Алюминиевые сплавы
Алюминиевые сплавы
подвергаются трем видам
Гомогенизацию применяют
для выравнивания химической микронеоднородности
зерен твердого раствора. Для выполнения
гомогенизации алюминиевые
Рекристаллизационный отжиг
для алюминия и сплавов на ег основе
применяют гораздо шире, чем для
стали. Это объясняется тем, что
такие металлы, как алюминий и
медь, а так же многие сплавы на их
основе, не упрочняются закалкой и
повышение механических свойств
может быть достигнуто только холодной
обработкой давлением, а промежуточной
операцией при такой обработке
является рекристаллизационный отжиг.
Температура
Отжиг термически упрочненных сплавов применяют для полного снятия упрочнения, он проводится при температурах 350 – 450ºС с выдержкой 1 – 2 часа и последующим достаточно медленным охлаждением.
После закалки прочность
сплава несколько повышается, а
пластичность не изменяется. После
закалки алюминиевые сплавы
Деформируемые алюминиевые сплавы
В закаленном состоянии
дуралюмины пластичны и легко
деформируются. После закалки
и естественного или
Литейные алюминиевые сплавы
Для литейных алюминиевых
сплавов используют различные
виды термической обработки в
зависимости от химического
Магниевые сплавы
Магниевые сплавы, так
же как и алюминиевые,
Магниевые сплавы подвергают
закалке, или закалке и
Медь и медные сплавы
Термическая обработка меди. Деформирование меди сопровождается повышением ее прочности и понижением пластичности. Для повышения пластичности медь подвергают рекристаллизационному отжигу при 500 – 600ºС, в результате которого пластичность резко повышается, а прочность снижается.
Термическая обработка латуней.
Они подвергаются только рекристаллизационному
отжигу при 600 – 700ºС (для снятия наклепа).
Охлаждают латуни при отжиге на воздухе
или для ускорения охлаждения
и лучшего отделения окалины
в воде. Для латунных деталей, имеющих
после деформации остаточные напряжения,
в условиях влажной атмосферы
характерно явление самопроизвольного
растрескивания. Чтобы этого избежать
латунные детали подвергают низкотемпературному
отжигу при 200 – 300 С, в результате чего
остаточные напряжения снимаются, а
наклеп остается. Низкотемпературному
отжигу особенно необходимо подвергать
алюминиевые латуни, которые склонны
к самопроизвольному
Термическая обработка бронз. Для выравнивания химического состава бронзы подвергают гомогенизации при 700 – 750ºС с последующим быстрым охлаждением. Для снятия внутренних напряжений отливки отжигают при 550ºС. Для восстановления пластичности между операциями холодной обработки давлением подвергают рекристаллизационному отжигу при 600 – 700ºС.
Алюминиевые бронзы с содержанием
алюминия от 8 до 11%, испытывающие при
нагреве и охлаждении фазовую
перекристаллизацию, могут подвергаться
закалке. В результате закалки повышается
прочность и твердость, но снижается
пластичность. После закалки следует
отпуск при 400 – 650º С в зависимости
о требуемых свойств. Также подвергают
гомогенизации, а деформируемые
полуфабрикаты –
Бериллиевую бронзу закаливают в воде от температуры 760 – 780ºС; при это избыточная фаза выделиться не успевает, и после закалки сплав состоит из пересыщенного твердого раствора и обладает небольшой твердостью и прочностью и большой пластичностью. После закалки проводится отпуск (старение) при 300 – 350ºС выдержкой 2 часа. Для повышения устойчивости пересыщенного твердого раствора и облегчения закалки бериллиевые бронзы дополнительно легируют никелем.