Studopediya

КАТЕГОРИЯ:


ТЕОРИЯ и технология на термична обработка на метали и сплави

Легирани стомани. Идентификацията, класификацията и влиянието на легиращите елементи

Допинг - целенасочената промяна на състава на материалите чрез въвеждане на легиращи елементи, за да се промени структурата и получаване на желаните свойства.

5.1. Влиянието на легиращи елементи за преобразуване в стомани

Всички елементи се разтварят в желязо, влияят на температурния диапазон на съществуване на неговите алотропна модификации т.е. смяна точка A 3 и А 4 по скалата на температура (ris.14.1). Елементите, които се разтварят само в ферит или цементит без да се образуват специални карбиди, имат количествено въздействие върху процеса на превръщане. Карбид образуващ елементи допринесе не само количествено, но и качествени промени в кинетиката на изотермични трансформация.

Фиг. 14.1. Влиянието на легиращи елементи на желязо полиморфизъм: А - Ni, Mn (аустенитна); б - Mn; да - V, Si, Al, Cr, W, Mo (феритни); R - B, Zn, Nb

Легиращи елементи имат голямо влияние върху положението на точките S (0,8% C) и E (2,14% C) "Iron Цимент" схема (фигура 7.1.):

Ni, Co, W, Cr, Mn намали и V, Ti, Nb увеличава.

легиращи елементи в стоманата може да бъде във фазата на твърд разтвор карбид или под формата на интерметални съединения и да повлияе на свойствата на феритни и аустенит с увеличаване на съдържанието им в стомани

При високо съдържание на легиращи елементи често образуват интерметални съединения: Fe 7 Mo 6, Fe 2 Mo 6, Fe 2 W, Fe 7 W 6; силициди: FeSi, Fe 3 Si, Fe 5 Si 3 (η - фаза), Fe Cr (σ - фаза).

По отношение на легиращи елементи въглеродни са разделени в три групи:

- Graphitizing - Si, Ni, Cu, Al;

- Neutral - С;

- Carbide формиране (най-ниска степен на афинитет към въглерод и устойчивост на фази карбид в следния ред: Fe → Mn → Cr → Mo → W → Nb → V → Zn → Ti).

В една малка съдържание на Mn, Cr, W, Mo карбид образуващ се разтвори в цементит и тип карбид формиране сплав (FeMn) 3 C; (FeCr) 3 C карбид формиране Stronger - Ti, Zn, V, Nb - образуват специални карбиди (Тик, NBS, ЗНС, VC).

Карбиди в легирани стомани могат да бъдат разделени на две групи: карбиди вида (М - метал) - М 3 C 2, М 7 С 3 М 23 ° С 6 и М 6 C (М 4 ° С), който лесно се разтваря в аустенит време на нагряването и тип MC карбиди (Тик, NBS, ZnC), W 2 C и Mo 2 C, които са междинни фази, както и че в реалния свят не се разтварят в аустенит.

Всички карбиди имат висока точка на топене и висока твърдост. Диспергираните карбиди, по-висока якост и твърдост.

5.2. Ефект на легиращи елементи на кинетиката на разграждане на аустенит



Nekarbidoobrazuyuschie елементи с изключение Co, забавят кинетиката на разграждане на аустенит (ris.14.3, както и).

Карбид образуващ елементи допринасят не само количествено, но качествени промени в кинетиката на изотермични трансформация на аустенит (ris.14.3 б).

Фиг. 14.3. Диаграми на изотермично разпадане на аустенита:

и - въглерод (1) и nekarbidoobrazuyuschimi алуминиеви елементи (2) б - въглеродни (1) и сплав карбид образуващи елементи (2)

Най-важното способността на легиращи елементи е да се забави скоростта на разлагане на аустенит да перлит площ трансформация (вдясно изместване на линията). Това намалява критичен процент закаляване и насърчава дълбоко закаляване.

Силно увеличава втвърдяване на стомана легирана с Cr, Ni, Mo, Mn, и особено когато е съ-допинг увеличава няколко елемента (Cr + Ni + Mo).

Ефективно се отрази закаляване малко количество бор (оптимално 0,002 - 0,006%). С високо съдържание на бор и бориди формира втвърдяване понижения.

5.3 Ефектът на легиращи елементи на мартензитна трансформация

Легиращи елементи, променяйки температурен диапазон M N и M к (ris.14.4) намали или увеличи размера на остатъчния аустенит.

Всички легиращи елементи намаляват склонността към аустенит растеж зърно; с изключение на манган (Mn) и бор (В).

Фиг. 14.4. Влиянието на легиращи елементи в точката на мартензитна трансформация (а) и количеството на остатъчен аустенит в стоманата с 1.0% С (б)

Легиращи елементи бавен разпад по време на темпериране мартензит (много съществено Cr, Mo, Si, Ti) и увеличаване на температурата на фазова трансформация, като по този начин се увеличава червено твърдост стомана.

5.4. Класификация на легирани стомани

Класификация на легирани стомани в съответствие със следните критерии:

- Равновесие на структурата;

- По отношение на структурата, след охлаждане на въздуха;

- Състав;

- Предназначени за други цели.

Poravnovesnoy структура на легирани стомани се разделят на:

- Hypoeutectoid стомана, имащо структурата с излишък ферит;

- Евтектоидните като перлит структура;

- хиперевтектоидни класове, които са в структурата на излишък вторичен карбид;

- Ledeburitic стомани с първични карбиди в структурата освободен от течната фаза.

Пример: Когато съдържанието на 5% Cr стомана с 0.6% С е хиперевтектоидния и 1,5% В - ledeburitic.

Postrukture след въздушно охлаждане (ris.14.5) има три основни класа легирани стомани: перлитна, мартензитна, аустенитна.

Фиг. 14.5. Диаграма на изотермични разлагането на аустенит на стомани:

и - перлитна (0.1 - 1.5% С), съдържащ най-малко 5 - 7% от легиращите елементи; б - тип мартензит (0,3 - 0,6% С), съдържащ 10 - 15% от сплавни елементи; в - аустенитна (0.1 - 0.5% С), съдържаща повече от 15% легиращи елементи

Posostavu стомана е разделена на:

- Никел;

- Хром;

- Силикатни;

- Hromonikelmolibdenovye.

Със среща легирани стомани се разделят на:

- Строителство (навъглеродените, подобрява), изграждане на ниско-сплав;

- Инструмент: режещи инструменти (високоскоростен); за пробиване инструменти; за измерване на инструмента;

- Стомана и сплави със специални свойства: неръждаема стомана, устойчиви на топлина, устойчиви на топлина, с характеристиките на топлинно разширение, със специални магнитни свойства.

5.6. Технологични характеристики на легирани стомани топлинна обработка

Допинг чрез промяна на скоростта и температурата на трансформациите на фаза и термични характеристики (топлинна проводимост) на стомана, оказва значително влияние върху режима на термична обработка.

Отопление за охлаждане трябва да се извършва бавно, като допинг намалява топлопроводимостта на стомана. Продължителността на излъчването се увеличава за завършване на фазови преходи и структура подравняване. Температурата на нагряване за втвърдена неръждаема стомана е по-висока от тази на нелегиран въглерод с едно и също съдържание на въглерод.

Охлаждане стомана сплав след нагряване и задържане то се извършва при много по-ниска скорост (масло, въздух), отколкото окис без прибавки въглерода.

И така, как легиращи елементи намалява М Н и увеличаване на размера на остатъчен аустенит, за по-пълна трансформация на аустенит да мартензитна допълнителна обработка се извършва от студена стомана, или прекарват два или три празници. Това лечение се увеличава твърдостта след закаляване се дължи на разпадането на остатъчен аустенит да мартензитна.

5.7. лети стоманени закаляване Удобства

Легиращи елементи имат количествени и качествени ефекти върху фазови превръщания по време на закаляване.

Количественият въздействието е да се промени скоростта и температурни диапазони на фаза ppevrascheny закаляване на.

Аз превръщане в стомана (F → A), придружено от отделянето на въглероден мартензит (в / на → 1). въглеродна стомана тетрагоналния решетка стомана и изчезва при 300 ° C. С въвеждането на Cr, V, Ti, W, Mo , Si , това температурата се повишава до 450-500 ° С и се увеличава krasnostoykosg стомана.

Когато II - та трансформация в стомана (А → P + D) легиращи елементи увеличават стабилността на преохлажда аустенит, което води до повишаване kolichestvo остатъчен аустенит (30%), което се трансформира в закаляване мартензит при по-висока температура, отколкото не-легирани стомани , Волфрам (W), и хром (Сг) повишаване на температурата на съсирване до 450 ° С, молибден (Мо) - 550 ° С Carbide-образуващи елементи забавят процеса на коагулация.

Качественият ефект на легиращи елементи за закаляване легирана стомана е появата на нови ефекти от темпериране закалени стомани: карбид трансформация и вторична твърдост.

След преобразуването на III-ти (M → A), която е с по-висока температура (450-500 ° С), nekarbidoobrazuyuschie елементи (Co, Ni, Si) дифузни от цементит в перлит (U → W), карбид формиране (Cr, Mn , W, МО) на цементит в ферит (F → D).

максималната точка на насищане съставен елемент цементит трансформацията на карбид се случва; легирани цементит се трансформира в специална карбид (Fe Me) 3 Р, (Cr Fe) 23 ° С 6.

Феноменът на вторична твърдост е да се повиши твърдостта след закаляване при достатъчно висока температура 500-600 ° C. Това явление е свързано с превръщането на остатъчен аустенит в мартензит и като образуването на силно диспергиран spetskarbidov че клин плъзгане равнина и увеличаване на твърдостта.

5.8 строителни материали:

Наречен строителни материали за производство на машинни части, уреди, инженерни съоръжения, изложени на механично напрежение.

Изборът се определя от стомана за производството на части:

- Условия на труд;

- Размерът и естеството на напреженията, възникващи по време на работа;

- Размер и форма на частта.

Избраният стомана трябва да отговаря на оперативните, технологични и икономически изисквания.

Изисквания за работа са от първостепенно значение, тъй като трябва да се осигури достъпност, надеждност и структурна здравина на материала.

Здравината на конструкцията - тя е определена комбинация от механични свойства, които осигуряват дълъг и надеждна работа на материала по отношение на неговата експлоатация.

Здравината на конструкцията, се определя от четири основни критерии: скованост, здравина, устойчивост на крехко разрушаване, надеждност.

Твърдостта на структурата - структурно чувствителни характеристики, в зависимост само от естеството на материала (interatomic връзки). Индикатор на твърдостта е модула на надлъжна еластичност (E) (модул на твърдост). Обикновено, в комбинация с E помисли плътност (γ) на използвания материал и критерият за специфичен скованост (E / γ), което е важно в самолет.

Издръжливост - способността на конструкцията да устои на деформация и счупване. Характеристики сила се определя чрез тест за статичен опън (σ в; σ 0,2). Тези характеристики зависят от структурата и термична обработка на стомана. Сила варира в широки граници 100-3500 MPa. Както и в случая на твърдост, материал плътност обикновено разглежда концепциите и специфична якост работят:

в σ / γ; σ 0,2 / γ.

Според тези показатели, по-високите стойности са титанови сплави.

Модулът на еластичност Е, провлачване σ 0,2 се изчислява характеристики, които определят допустимото натоварване.

Надеждност - продуктът да изпълни предварително определена функция, като запазва своите работни характеристики в определените граници за необходимата дължина на време или времето за работа е необходимо (в часове). Основният показател за надеждност - вискозитет склад материал.

Съпротивлението на материал за крехко разрушаване е най-важната характеристика определяне надеждността.

Дълготрайност - продукти имоти продължават да работят, за да се ограничи състояние (невъзможността за по-нататъшна употреба). Дълготрайност зависи от условията на работа и се определя:

- Устойчивост на износване от триене;

- Състоянието на повърхността;

- Устойчив на корозия материал.

5.8.1. Класификация на конструкционни стомани

условия на труд конструкционна стомана са разделени в машинно подобряване, с висока якост, навъглеродените, azotiruemye, пролет-пролет, сачмен лагер.

- Рязане на стомани имат повишена обработваемост в производството на компоненти за автоматичните машини за масово производство (винтове, болтове, гайки).

За подобряване на обработваемостта на високо въглеродна стомана допустимото количество на сяра и фосфор (0,08-0,3% S и 0.06% P). Печати за рязане на стомана - A11, на А12, на A30, на A35 (A - картечница, цифри - стотни от процента на въглерод). За да се подобри обработваемостта, увеличаване на живота на инструмента, се увеличи допълнително се добавя легирана стомана за скорост на рязане Pb, Ca, на Se (селен), и Te (телур).

Стоманени класове: AC38G2, AS20HGNM (с добавка на 0.15 до 0.3% олово), ATS30, ATS20HN3 (с добавяне на Ca 0.002 - 0.008%), AS40HE (с добавка на SE).

- Подобрява легирана стомана, съдържаща 0.3-0.5% въглерод и по-малко от 5% от сплавни елементи. Подобрението се постига стомани закалени. От тези стомани се произвеждат важни части за машини и механизми, работещи под цикличен и ударни натоварвания, концентрация на напрежение при ниски температури.

Подобрява стоманата трябва да има:

- Висока доходност стрес 0,2);

- Висока пластичност с ниска чувствителност към прорез;

- Deep закаляване;

- Fine зърно;

- Липсата на нрав крехкост.

За по-добро за закаляване на стомана са разделени в 4 групи:

Дълбочината на закалена слой, mm стомана клас

25-35 30X, 40X, 40HMNA, 40HFA;

50-75 40HGTR, Z0HGS, 35HGSA;

70-100 30HN3A, 40XH2MA, 30HGSNA;

Повече от 100 36H2N2MFA, 38HN3MFA, 18H2N4MA.

- Висока якост на стомана. Те са на средно, комплекс-стомана с якост на опън (σ в) над 1400-2000 MPa:

- Получени чрез закаляване и отвръщане на ниско;

- Термомеханично обработка;

- Martensitostareyuschie стомана.

Si, Mo, W, V-ниска омекване време закаляване, и земята зърно; Cr, при условие, Mn дълбоко закаляване; Ni намалява степен на чувствителност.

Печати 30HGSNA стомани с висока якост, 40XGCN3BA, 30X2GN2BM използваните в авиацията в сила на заварени конструкции, части на тялото на самолета, колесник.

Висока температура термомеханично лечение (VTMO) и ниска температура термомеханично лечение (LTMT) допълнително се предоставят следните свойства:

- По-висока пластичност и якост;

- Намаляване на прага на крехкост при ниски температури;

- Намаляване на чувствителността да се темперира крехкост;

- Увеличаване на силата на умора;

- Увеличаване на резистентност към нрав омекване;

- Навъглеродени легирани стомани. Тези стомани съдържат малки количества въглероден (0,1-0,25%). Допинг (Cr, Ni, Mo, V, Mn, Ti) укрепва ядро ​​karbidoobrazuschie повиши степента на цементация повърхностния слой се смила зърно, увеличаване на твърдостта, износоустойчивостта и контакт издръжливост.

Steel обработката се извършва в следната последователност: цементацията + охлаждане + ниска ваканция. В този случай твърдост на повърхността на 58-62 HRC, и ядрото - 20-35 HRC.

Печати навъглеродените стомана: 15X, 20X, 15HF. От тях, направени малки ролки, зъбни колела, зъбни колела.

Steel 12HN3A марки 20HN3A, 12X2H4A, 20H2H4A, използвани за производството на големи части (до 100 мм), критични приложения.

Steel 18H2N4MA марки 18H2N4VA имат висока гама от механични свойства за изпълнение и се използват за производството на зъбни колела морски зъбни колела, валове.

Стоманени класове 18HGT, 30XGT, 25HGM, използвани за производството на зъбни колела на самолети, коли, пръти, игли;

- Azotiruemye легирани стомани. Нитриране се извършва след подобрението.

Целта на азотиране: увеличаване на износоустойчивостта на части, издръжливост за контакт, устойчивост на корозия, razgarostoykost.

Steel марка 38HMYUA използвани във въздухоплавателно средство за зъбни колела, цилиндрови втулки, ролки, ролки; 38H2YU стомана се използва за производството на водни помпи, цилиндри, бутала, камери.

- Пролет-пролет стомана. Тези стомани трябва да имат специални свойства, дължащи се на условията на труд на пружините (цилиндрични, плоски) и извори.

Основни изисквания за това са:

- Висока граница на провлачване (устойчивост на малки пластични деформации);

- Граница с висока издръжливост.

Тези условия са удовлетворени стомана с въглеродно съдържание от 0,5 - 0,7% и стомана, легирана Si, Mn, Cr, V, W.

Втвърдяване на тези стомани се постига чрез закаляване и отвръщане при 420-520 ° C с повърхността втвърдяване (бластиране). Получава се след такова лечение troostite структура осигурява съотношение упражнение σ / σ при около 0.8, което подобрява надеждността на пружините.

Печати, пролетта стомани 70, 65g, 60S2, 50HG, 65S2VA, 70SZA. Лети, пружинни стомани са се подобрили устойчивостта релаксация, осигуряват дългосрочна експлоатация на машини и съоръжения.

- Сачмен лагер стомана - хиперевтектоидния стомана, съдържаща повече от 0,8% въглерод. След изпичане, закаляване в масло и отвръщане на ниско твърдостта на стоманата, произведена 62 - 65HRC, структурата и - с глоба cryptocrystalline мартензит равномерно разпределени карбиди, който гласи:

- Еднаква твърдост;

- Устойчивост на износване;

- Най-необходимо за втвърдяване;

- Достатъчно вискозитет.

Етикети, съдържащи стомана: ShKh15, SHH15SG, SHH6, SHH9. За по-големи лагери (диаметър 400 мм), работещи при тежки условия на висока ударни натоварвания, използване 20H2N4A навъглеродените стомана (циментация се извършва в т = 930-950 ° C, излагане на 50-170 часа, последвано от охлаждане и темпериране). Дълбочината на получения циментира слой е 5-10 mm.

- Висока манган износоустойчиви стомани - аустенитна стомана, които имат висока устойчивост на износване, висока якост и ниска твърдост.

Направете високо манганова стомана: 110G13L.

Висока устойчивост на износване стомана 110G13L обясни втвърдяване (втвърдяване) на аустенит време на пластична деформация в процеса. повърхностния слой на аустенит се трансформира в мартензит. Както износване повърхностния слой, мартензит се образува в следващия слой. Steel се използва за трамвай 110G13L стрели, каменни мелници бузите, козирки черпаци, Воден кос.

- Мартензитна стареене. Това безвъглеродни стомани (C <0.03%), които имат по-Fe-базирани и Ni (8 - 25% Ni) сплав, и Co, Mo Ti, Al, Cr, Nb.

Висока якост на стомани като втвърдяване се постига чрез комбиниране на два механизма: мартензитна трансформация (γ → α) и застаряването на мартензит.

Ni - стабилизира γ- твърд разтвор, значително намаляване на температурата (γ → α) трансформация, и тя тече през мартензитна механизъм (отместване). Ti, Be, Al, Cu, Mo частично разтворими в α - Fe. Мартензитна стомана стареене втвърди до температура 800-860 ° С на въздух. Втвърдяване на грешки на свръхнаситен желязо-мартензитно, което е много пластмаса. Втвърдяването се постига по време на стареенето с т = 450-500 ° C, мартензит се отличава от колкото силно разпръснати вторична фаза (Ni 3 Ti, NiAl, Fe 2 Mo, Ni 3 Mo), свързани с последователен матрица.

За мартензит-стареене стомани се характеризира с:

- Висока якост на опън;

- По-нисък праг на крехкост при ниски температури;

- Висока устойчивост на разпространението на пукнатини;

- Ниска чувствителност към прорез;

- Висока устойчивост на крехко разрушаване;

- Висока структурна якост в широк диапазон от температури от криогенно до 450 - 500 ° C;

- Висока технология.

Печати мартензит-стареене стомани: 03H18K9M5T, 03N12K15M10, 03H11H10M2T.

Мартензит стареене стомана се използва за критични части в самолети, ракетно инженерство, което прави инструмент, корабостроенето като пружина материал.

5.9. Инструментална стомана и сплави:

Инструментальными называют углеродистые и легированные стали, содержащие более 0,7-1,25 % С, обладающие высокой твердостью ( 60-65HRC), прочностью, износостойкостью и применяемые для различного инструмента.

Классификацию инструментальных сталей проводят по двум признакам: по назначению и по свойствам.

Със среща инструментални стомани се разделят на рязане (високоскоростен), шок-щамповане, тонаж.

От свойствата на инструментални стомани са разделени в издържат на топлина (U11, U12, 9XC, CVH, работна температура от 200 -300 ° C), poluteplostoykie (средно- и високо легирани стомани, работната температура е 300-500 ° C); термоустойчиво (високо-сплав, високоскоростен и твърди сплави и металокерамика, която работи 500-625 ° С температура).

Топлинно съпротивление (червен твърдост) - способността на материали за съхранение на имоти за услуги (твърдост, опън), когато се нагряват до работна температура.

5.9.1. Рязане стомана

В режим на работа, режещия инструмент работи износване повърхност.

За да износоустойчиви материали са изисквания:

- Висока твърдост и дребнозърнест единна структура, която осигурява висока устойчивост на износване на контактните повърхности;

- Висока гореща твърдост и топла сила, без тенденция за пластична деформация;

- Достатъчно вискозитет при висока устойчивост на външни сили, действащи върху tribosystems;

- Термодинамична стабилност на компонентите на структура (твърда фаза);

- Висока якост на границите на зърното между кристалите и между твърдата фаза и фаза свързващото вещество;

- Лека тенденция да се придържа към материалния-партньор, особено в пиковите параметри натоварване.

Различни механизми работят едновременно често носят (абразивни и дифузия). Кое доминира, който определя времето и ефективното функциониране на режещия инструмент (живот).

Намаляване на въглеродните стомани съдържат 0,8 -1,25%. Те включват:

- Въглеродна стомана малък закаляване: U9, U10, U11, U12. От тези стомани са направени длета, бормашини, файлове;

- Легирани стомани, основните легиращи елементи са Cr, W, V (9HF, 9XC, 9HVG, CVH, XVGS).

5.9.2. Висока скорост на стомана

Високоскоростните стомани се използват за .raznoobraznogo инструменти, работещи при високи скорости, по-тежки условия.

Качеството (устойчивост) на инструмента зависи от:

- Качеството на стомана;

- Пълнота и точност на производство;

- Термична обработка.

Високоскоростните стомани имат висока устойчивост на топлина и висока устойчивост на износване (поради V, Co, W). Те включват стомана ledeburite клас: PI8, P12, R6M5, R6M5K5, R10K5F5, R9K10, ROF2K8M6AT, ROM5F1, R12M3K8F2-MP.

В волфрам-молибденови стомани, волфрам, молибден заменя срещу Mo: W (1: 1.4-1.5). Молибден дава стомана голяма пластичност и плътност; кобалт подобрява устойчивостта на топлина; Ванадий подобрява износоустойчивостта, тъй като повечето твърди ванадий карбиди избиратели.

Втвърдяване (увеличаване на съпротивлението), високоскоростни стомани могат да постигнат по-специална термична обработка (валежи втвърдяване мартензит), цианиране повърхност (0,02-0,07mm), нискотемпературен термомеханично лечение (LTMT), плазма пръскане.

5.9.3. Твърди pezhyschie сплави

Твърди рязане сплави, получени чрез прахова металургия чрез синтероване предварително пресован прах метал; те притежават изключителна твърдост и висока червена твърдост. Такива сплави включват:

- Роля сплави - Stellite, Sormayt;

- Метални сплави - pobedity.

Компонентите на спечени твърди сплави са:

- Кобалт (Co) като пакет;

- Волфрамов карбид (WC), титан (Тик), тантал (ОДУ), ниобий (NBC), ванадий (VC), хром (КРС).

Функцията е да се регулира вискозитета на кобалт карбид. Волфрамов карбид кобалт добре намокрена, засягащи адхезията към твърдата фаза.

Волфрамов карбид е основната сплав, осигурява здравина и якост на огъване на ръба на тоалетната на система - Co.

Титанов карбид е значително по-трудно, волфрамов карбид, е по-малко разтворими и намалява вискозитета на сплавта.

Танталов карбид, волфрамов карбид заменя подобрява устойчивостта топлина на сплавта значително намалява вискозитета в сравнение с титанов карбид.

Industry произвежда три трупи циментиран карбид:

- WC + Co - VC група (VK6, BK8);

- WC отида + TIS + Co - TC група (T15K6)

- WC + Тик + ТаС + Co - TTK Group (TT7K15).

16.4. Смърт стомани

Следните инструменти, деформиране на метала, използван за пластично деформиране: печати, перфоратори, рула, ролки.

Стомани, предназначени за производството на този вид инструмент се нарича инструментална стомани.

Die стомани са разделени в две групи:

- Деформиране на метала в студено състояние;

- Деформиране на метала горещо.

Специална група от инструментална стомана - стоманени калъпи за леене под налягане.

Стомана за студена деформация трябва да има висока твърдост, якост, пластмаса устойчивост на деформация, износоустойчивост, издръжливост, устойчивост на топлина.

Те започнаха с малка prokalivaemostyu с вискозен ядро ​​(U10, U11, U12, HV, 9C) се прилага след втвърдяване и закаляване, цианид или хромиране, което увеличава тяхната дълготрайност.

За голяма умира използва стомана с висока закаляване (СНС HGSVF).

Стомани за матрици, работещи под ударни натоварвания, съдържат 0,4-0,6% въглерод (4HS, 6HC, 4HV2S, 5HV2S, 6HV2S).

Стомани за горещо състояние деформация на работа в трудни условия и трябва да има висока устойчивост на износване, устойчивост на, устойчивост на пластична деформация, подобрена устойчивост на топлина, добра устойчивост на мащабиране, висока устойчивост на топлинна умора.

стомана деформация се случва при удар (коване, щамповане), и с бавно зареждане на приложения (изпускателна система, формоване, екструзия) печат е изключително горещо.

В зависимост от условията на експлоатация, уплътнения са разделени в три групи:

- Коване;

- За гореща издърпване, натискане и кацане;

- За да се изваят шприцоване.

Стоманени изковки и дюзите трябва да имат висока якост, добра устойчивост на топлина и закаляване. За такива печати, използвани стомана на среда (0,5-0,6% C), легирани с Mn, Ni, .Cr, V, W (5XHM, 5HNV, 5HGM, 5HNSV, 5HNT).

Стомани за топла издърпване, натискане и кацане -vysokovolframovye с 8-12% W и 2% Cr (4H5V2FS, 4H2V5FM, 4H4V4FM, 4HV2S, 5HVG). Тези стомани са подложени на специална топлинна обработка.

Стомани за отливки леене под налягане, са подложени на износване, корозия, ерозия, и височина (формирането мрежа от пукнатини по повърхността) на. Тези стомани са 3X2B8, 4HV2S (топлина - razgarostoykie).

5.9 3Stali за измервателните уреди

Стомани за измерване, имат дълго време, за да се поддържа определено (действителна) размер. Оразмеряване може да се случи по три причини:

- Да се ​​носят;

- Променя силата на звука, дължащи се на структурни трансформации през дълго зреене;

- Термично разширение поради температурни колебания.

Висока устойчивост на износване стомана за измервателния уред се осигурява от висока твърдост стомана (58-64HRC) и след топлинна обработка.

За да се стабилизира оразмерен специална термична обработка (стабилизиране на студена обработка и закаляване при ниски температури).

За производството на измервателна марки стомани се използват: X, XG, 120HG, 50, 55, 38XBFYUA.

5.10. Стомани и сплави със специални свойства

Тази група включва, са:

- С конкретни химични свойства (устойчив на корозия, устойчиви на топлина, устойчиви на топлина);

- Със специални физически качества (магнитен, нисък коефициент на разширение).

5.9.1. От неръждаема стомана (устойчива на корозия) стомана

Тази група включва стомана с устойчивост на галванична корозия.

Той има антикорозионни свойства на стоманата, ако той съдържа голямо количество хром (> 12%) или никел и хром.

Прилагане на три вида хромени неръждаема стомана хром: от 13 до 17 и 27%, съдържащ въглерод от 0.1 до 0.04%.

Steel с хром съдържание на 17-18% и 25-28% са Ti, Ni добавки, които се прилагат за мелене на зърно.

С оглед на равновесна структура на неръждаеми стомани на са разделени в пет класа:

- Ферит;

- Мартензитна, феритни;

- Мартензитна;

- Аустенитна;

- Аустенит-мартензит.

Например: Steel 12H13 - мартензитна, феритни клас (хидравлични помпи, клапани); 40X13 стомана - мартензитна клас (хирургически инструмент); 12H17 стомана - феритни клас (оборудване за азотна киселина растения и хранително-вкусовата промишленост); 12X18H9T - аустенит клас с висока устойчивост на корозия (химически, храни, петрол, авиацията, транспортна техника).

5.9.2. Термоустойчиви и топлина устойчиви стомани и сплави

За термоустойчив (Scaling) включва стомана и сплави с устойчивост към химически унищожаване на повърхността в газови среди при температури над 550 ° C и в леко натоварени състояние.

Способността на стомана, за да устои на окисление при висока температура се нарича топлинна устойчивост (устойчивост на окисляване).

Влияния върху скоростта на окисление на стомана състава и структурата на филм оксид (защитно), които увеличават плътността на химични елементи като хром, Si, Al.

Steel 15X5 (5% Cr) устойчиви на температура до 700 ° C, стомана 12X17 (17% Cr) -до 900 ° C, се превърна в 15X28 (28% Cr) - до 1100 - 1150 ° С никел-базирани сплави с Cr и Al ( HN70YU с 26-29% Cr и 2,8-3,5% Al) имат устойчивост на топлина до 1200 ° C.

Топлинно съпротивление - способността на материала да се поддържа необходимата дългосрочната стабилност при високи температури.

Creep - щам непрекъснато се увеличава и завършва унищожаването под действието на постоянен товар с продължително излагане на температура.

Пълзене - стрес причинява деформация на предварително определена стойност (обикновено 0,1 до 1%) за определен период от време (100, 300, 500, 1000 часа) при дадена температура.

Фактори, допринасящи за устойчивост на топлина, са:

- А висока точка на топене на основния метал;

- Наличие в сплавта на твърд разтвор укрепването и фини фази;

- Plastic деформация, причинявайки втвърдяване;

- Висока температура рекристализация;

- Rational допинг;

- Топло и термомеханично обработка;

- Въвеждането на топлоустойчива стомана бор, церий, ниобий, цирконий, (в десети, стотни и дори хилядни).

С работна температура устойчиви стомани са разделени на групи:

- За работа при температури до 350 - 400 ° C (конвенционален конструкционни стомани - въглерод и ниско легирана);

- За да работи при температура 400 - 550 ° C (стомана перлит клас 15HM, 12H1MF части за котли, парни тръби и паропрегревателните тръби, натоварени със сравнително малка, но работи до 100 000 часа);

- За да работи при температура 500 - 600 ° C (мартензитна стомана: високо хром 15H11MF за пара перки на турбината; silhromy 40H9C2 двигатели за клапани; 20H12VNMF дискове, ротори, валове);

- За да работи при температура 500 - 750 ° C (аустенитна стомана: вечна 09H14N16V за паропрегревателните тръби с високо налягане, стареене 40H15N7G7F2MS за газови турбинни лопатки);

- Да работи при 800 - 850- 1200 ° C (термоустойчиво никел-базирани сплави HN77TYUR, HN55VMTFKYU за турбинни лопатки).


Свойствата на сплавите се определят от структурата (вътрешната структура), което зависи от температурата на нагряване и скоростта на охлаждане. Основният начин за промяна на структурата, а оттам и на свойствата - термична обработка.

Термична обработка - комбинация от експозицията на режим на отопление и охлаждане, проведено в последователност, за да се промени вътрешната структура на сплавта и да получи необходимите физически и механични свойства.

В сърцето на термична обработка са фазови превръщания в твърдо състояние.

7.1. Четири основни трансформации в стомани

Стоманите три основни структури: аустенитни - твърд разтвор на въглерод в γ - Fe [Fe γ (C)]; мартензит - преситен частично наредено твърд разтвор на въглерод в α - Fe [Fe γ (C)]; Перлит - евтектоидните смес от ферит и цементит [Fe α + Fe 3 C]. Преминаването от една структура към друга характеризира основния трансформация по време на топлинна обработка:

- Първо трансформация - това перлит да аустенит трансформация, която се проявява при отопление: A → P (Фигура 8.1.).

Фиг. 8.1. Промяна на фазите на енергия в сравнение с температурата

- Второ трансформация - трансформация на аустенит с феритни-цементит смес от различни тънкост, в зависимост от скоростта на охлаждане: P → A + C;

- Трето трансформация е превръщането на аустенит в мартензит, когато M A → бързо охлаждане (охлаждане);

- Четвърто трансформация е разширяването на мартензитно по време на закаляването от закалена стомана (M → продуктите от разпада).

Всеки технологичен процес на топлинна обработка се състои от определени комбинации от тези четири трансформации.

7.2. Трансформациите в стоманата при нагряване - формирането на аустенит (I конверсия)

трансформация P → A The - кристализация вида и процес е подчинен на законите на кристализация, т.е. възникне центрове на новата фаза (A), и те растат ... (Фигура 8.2.) Рекристализация перлит на аустенитни зърна, последвано от пулверизиране. Размерът на частиците на аустенит формира отново, което се нарича основно, е независим от първоначалния размер Зърнения но зависи от степента на дисперсия на фаза в перлит. Колкото по-висока дисперсия, по-фини получени аустенитни зърната.

The трансформация P → А е дифузен характер и е придружен от значително движение на въглеродните атоми.

Фиг. 8.2. Трансформация на аустенит в перлит: а - старт на нова фаза в аустенит зърно перлит; б, - растеж на аустенит фаза и степента на разтваряне на цементит (Fe 3 С) в аустенит Fe γ (С); г - предоставяне на уеднаквен първоначалните аустенитни зърна

Превръщането се състои от две паралелни процеси ще:

- Полиморфна Fe α → Fe преобразуване γ;

- Разтваряне на цементит (Fe 3 С) в аустенит Fe γ (С).

Преобразуване P → A може да отиде изотермично при температура от 727 ° C (вж. Фиг. 7.1 m. С1 и непрекъснато отопление (фиг. 8.3)

Фиг. 8.3. Диаграма на изотермични трансформацията на аустенита да перлит в стомана с 0.8% С

Процесът на преход P → A с непрекъснато отопление при скорост V 1 и V 2 (фиг. 8.3) се изучава чрез изграждане на диаграма на аустенит формация изотермични. Пробите се загряват до температура над 1 и последователно се инкубира сплав при тези температури, началото и края определяне преобразуване;

H - началото на трансформация P → А;

Да - в края на трансформация P → А;

P - края на разпадането на въглерод в аустенита;

D - край на аустенит хомогенизиране.

(. Фигура 8.3) От диаграмата може да се види: на преобразуване н → А зависи основно от степента на топлинна енергия (нагряване над A 1).

С увеличаването на топлина намалява размера на критичната ядрото на аустенит, повишава скоростта на образуване на ядрата и им темп на растеж има зърно усъвършенстване на стомана, който се използва в практиката на топлинна обработка (отгряване, втвърдяване). При обработка на висока честота ток (висока честота) може да се получи много фини аустенитни зърна.

Ефект на отопление на продължителността (τ следващата страница) показва обменните курсове на лъчи V 1 и V 2. При по-ниски цени за отопление (V 1 <V 2 <V 3) (фиг. 8.3), превръщането се извършва при по-ниски температури за по-дълъг период.

В hypoeutectoid стомани с отопление от A 1 до А 3 са трансформирани излишък феритни да аустенит (фиг. 8.4).

В хиперевтектоидни стомани по време на отопление от A 1 до А Art разтваря вторичен цементит (Fe 3 C) в аустенит (фиг. 8.4). Това привежда концентрацията на въглероден и coarsens на аустенит зърно. С увеличаване на температурата на нагряване, в резултат на рекристализация, аустенит зърно нараства (Фиг. 8.4). Голям зърно расте чрез абсорбиране на по-малки. скорост на растеж на зърното зависи от прегряване на процеса за производство на стомана, дезоксидирането и пълнота присъствието на легиращи елементи. Natural зърно се нарича зърно на аустенит формира след излагане три часа при 930 ° C.


Фиг. 8.4. Част от диаграмата на фиг. 8.5. Шофиране преоразмеряване

"Iron-въглерод" зърно перлит в зависимост

чрез нагряване в аустенит регион

В зависимост към растежа на аустенит зърно са били разделени на две групи: наследствена и наследствено груби - зърна.

Последващо охлаждане стоманени аустенитни зърна не се смачкват. Размерът на частиците при стайна температура и се нарича валиден зърно зависи от температурата на нагряване, продължителността на експозицията, а наклонът на стомана за растеж зърно по време на нагряването. Това трябва да се има предвид, когато възлагане режими за топлинна обработка. Температурата на нагряване за закаляване на doevtektoidnoy стомана не трябва да надвишава: A 3 + (30 ... 50 ° C) (Фигура 8.4.). За хиперевтектоидния стомана не трябва да надвишава 1 + A (30 ... 50 ° С). Хиперевтектоидни стомана нагряване до температура значително по-висока от 3 и А с м, води до образуването на големи зърна валидни. Това нагряване се нарича прегряване.

Нагряване при още по-висока температура в окислителна атмосфера придружава от образуване на оксиди при границите на зърното в частично топене на желязо наречен прегаряне.

Прегряването и прегаряне се омъжва през топлинна обработка. Нещо повече, прегряване, може да бъде определена от охлаждане и последващо загряване до желаната температура, и прегаряне е непоправим брак. Стоманени свойства зависят от действителния размер на зърно.

Дребнозърнест стомани имат значително по-висок вискозитет малко по-висока якост и твърдост в сравнение с груби.

Груби стомана имат редица предимства. Тези стомани имат по-добро закаляване; термоустойчиво аустенитна стомана с голям зърно са по-устойчиви на пълзене. Меки магнитни стомани имат по-ниска принудителна сила и по този начин по-ниски загуби.

7.3. Трансформации в стоманата по време на охлаждане (трансформация II)

Бавно охлаждане настъпва евтектоидните трансформация на аустенит

Fe γ (C) → Fe α + Fe 3 C; A → F + C II

0.8% С 0.2% C + 6.67% C

Помислете модела на трансформация на преохлажда аустенит на евтектоидните състав (0.8% C) в п-ти брой на пробите. За да направите това:

1) Пробата се нагрява до получаване на хомогенна аустенит + С1 А по-горе (30 ... 50 ° C) ≈770 ° C, дава извлечение;

2) Пробите се прехвърлят в термостат набор температура под 1 (727 ° C), интервалът между 25-50 ° C изотерми;

3) по време на провеждането на изотермични наблюдава какво се случва в аустенит трансформации (на твърдост, плътност, магнитна възприемчивост);

4) изграждане на поредица от кинетичните криви в координати "време - сумата от разтопената аустенит".

Сегменти 1 О, о 2 (ris.8.6) и т.н. нарича инкубационен или подготвителен период.

LG τ, С

Фиг. 8.6. Кинетични криви на изотермични преобразуване на аустенит (а) и построена върху него диаграмата (б)

Превръщането се извършва с различна скорост и достига максимум в 50% от аустенит разлага.

Тъй undercooling увеличения аустенит стабилност намалява (OH 1> OH 2), на минимално необходимата стабилност за Недогряване на водата 150-200 ° С по-ниска от 1 (500-550 ° С).

По-нататъшно увеличение на стабилността на хипотермия увеличава (OH 3).

Изграждане на диаграмата на изотермични трансформация на преохлажда аустенит в координати т ° - lgτ. Тази диаграма се нарича в координати диаграмата на изотермични преобразуване на аустенит или C-образна схема:

- Ляв завой - началото на трансформация на преохлажда аустенит, в зависимост от степента на преохлаждане;

- Точно крива - край на аустенит трансформация. Това показва, необходима за дадена преохлаждане за пълна трансформация на аустенит на феритни-цементит сместа време;

- Н-точка 2 съответства на хипотермия 150-200 ° С по-ниска от 1 и показва минимално отстояние от аустенит стабилност.

7.4. перлитна трансформация

Рухването на аустенит се състои от две едновременни процеси:

- Преход Fe γ → Fe α (дифузия-свободен процес) и образуването на цементит Fe 3 C (процес на дифузия).

Когато фаза трансформация перлит е водещ цементит (Fe 3 C). Limbo ембрион Fe 3 C случи на границата на зърно, а след това на средната плоча покълване на зърното, и съседните области са изчерпани в въглерод и се формира ферит (фиг. 8.7).

С увеличением степени переохлаждения увеличивается разность энергии аустенита и перлита (ΔF = F А – F П ) (рис. 8. 1). Это приводит к повышению дисперсности образующихся фаз. Структуру феррито-цементитной смеси различной дисперсности называют перлитом, сорбитом, трооститом.

Фиг. 8.7. Последовательность образования перлита в аустенитном зерне:

а - первичные пластинки цементита в феррите; б - вторичные пластинки цементита в феррите; в – колонии перлита

Фиг. 8.8. Микроструктура перлита, (×1500)

На рисунке 8.8 по ориентировке пластин можно различить два зерна перлита (две колонии).

Дисперсность - суммарная толщина соседних пластинок Fe α + Fe 3 С (рис. 8.9).

Фиг. 8.9. Схема расположения пластинок цементита (а) и феррита (б) в перлите на поверхности протравленного шлифа. Стрелкой показано направление освещения под микроскопом

Дисперсность структуры определяет механические свойства стали: перлит имеет твердость 200НВ, сорбит – 300НВ, троостит – 400НВ

7.5. Бейнитное превращение

Бейнитное промежуточное превращение идет в интервале температур 550 – М н . Образующаяся структура представляет собой двухфазную смесь кристаллов феррита к цементита. Основная особенность промежуточного превращения состоит в том, что полиморфный переход Fe γ → Fe α происходит по мартенситному механизму – бездиффузионно, а образование цементита (Fe 3 С) – идет диффузионным путем.

Превращение начинается в интервале температур 550 – М н с перераспределения углерода в аустените. Диффузионное перераспределение приводит к обеднению одних и обогащению других зон (скорость диффузии углерода в интервале 550 - М н достаточна, а скорость диффузии железа стремится к нулю).

Уменьшение количества растворенного углерода приводит к повышению температуры мартенситного превращения, поэтому в обедненных углеродом зонах γ - твердого раствора происходит мартенситное превращение.

Образование концентрационной неоднородности приводит к возникновению напряжения, и процесс полиморфного превращения носит сдвиговый характер. Кристаллы феррита (Fe α ) пересыщены углеродом до 0,1-0,2 % получают тетрагональную решетку. При этом структура верхнего бейнита получается перистой, а нижнего - игольчатой.

8.6. Превращение аустенита при непрерывном охлаждении

Сталь, нагретая до аустенитного состояния, может быть охлаждена с различной скоростью. Наложим кривые охлаждения образцов углеродистой эвтектоидной стали на диаграмму изотермического распада аустенита (рис. 8.6) построена в координатах “температура - время”, поэтому на нее можно наложить графики скоростей охлаждения V 1 < V 2 < V 3 < V кр < V 4 (рис. 8.10)

Фиг. 8.10. Наложение графиков скоростей непрерывного охлаждения на диаграмму изотермического распада аустенита. Увеличение скорости охлаждения от V до V кр

7.7. Мартенситное превращение ( III превращение)

При больших степенях переохлаждения и скоростях, превышающих V кр , скорости диффузии железа и углерода равны нулю, Е А >>Е М , поэтому превращение Fe γ (С)→ Fe α (С) происходит бездиффузионным путем (без изменения концентрации реагирующих фаз) за счет сдвига. Образуется мартенсит - пересыщенный, частично упорядоченный, твердый раствор внедрения углерода в альфа - железо (Fe α ) с тетрагональной решеткой (с/а >1) (рис. 8.11).

Фиг. 8.11. Объемно-центрированная тетрагональная решетка мартенсита

Степень искажения решетки с/а прямо пропорциональна концентрации углерода. Поскольку мартенситное превращение состоит в перестройке решетки аустенита, в которой атомы не меняются местами (бездиффузионно), а смещаются (сдвигаются) друг относительно друга, то кристаллы имеют ориентационную связь (рис. 8.12). В углеродистых сталях существует две ориентационные связи, получившие название ориентировка Курдюмова-Закса и ориентировка Нишияма. Ориентировка кристаллов мартенсита (пластин или линз) идет по определенным плоскостям и направлениям (рис. 8.12) (направление (111) // (101)), плоскости ([101] // [111]). Следствием сдвигового механизма превращения на полированной поверхности шлифа является характерный рельеф.

Фиг. 8.12. Атомно-кристаллический механизм перестройки

Согласно теории, мартенситный кристалл образуется на плоскости сдвига в момент ее образования. Главную роль играют напряжения. Источниками напряжений являются: градиент температур по сечению; анизотропия механических свойств; неоднородность химического состава; структурные несовершенства; разная ориентировка кристаллов в пространстве; различный удельный объем аустенита и мартенсита; различные коэффициенты линейного расширения фаз.

Удельный объем аустенита при количестве углерода от 0,2-1,4 % составляет 0,12227 – 0,12528 см 3 /г; мартенсита – 0,12708 – 0,13061 см 3 /г.

Напряжения, возникающие в результате изменения температуры концентрируются в отдельных участках аустенита, образуя энергетические флуктуации. Релаксация (разряжение) напряжений происходит путем сдвига по определенным плоскостям и направлениям (рис. 8.12). В момент сдвига образуется порция мартенситных пластин (игл). Время образования порции мартенситных пластин (игл) изменяется в пределах от 0,5×10 -7 до 5,7×10 -8 в зависимости от размера пластин. Средняя скорость роста составляет около 10 3 м/с (1 км/с), близка к скорости звука в твердом теле и не зависит от температуры превращения. Кристаллы растут до определенных размеров, после чего рост прекращается.

Аустенитно-мартенситное превращение (рис. 8.13, б) проходит в интервале температур М н – М кн , М к – мартенситные точки: н – начало, к – конец превращения). При данной температуре с огромной скоростью образуется только определенное количество (порция) мартенсита, остается остаточный аустенит. Для возобновления процесса нужно дополнительное охлаждение.

Фиг. 8.13. Мартенситная кривая (а) и зависимость мартенситных точек от содержания углерода (б)

Мартенситное (А →М) превращение не идет до конца, в стали всегда остается остаточный аустенит (рис. 8. 13, а).

Положение точек мартенситного превращения зависит от состава стали. Сильно снижает положение точек М н и М к концентрация углерода (рис. 8.13, б).

Итак, особенностями мартенситного превращения являются:

1) бездиффузионный сдвиговый механизм;

2) ориентированность кристаллов в пространстве;

3) ультразвуковая скорость образования порции кристаллов мартенсита;

4) тетрагональность решетки (с/а);

5) незаконченность превращения А → М;

6) необратимость превращений А → М;

7) очень высокая твердость мартенсита (HRC 55-65) и хрупкость из-за повышенной плотности дефектов (дислокаций) внутри кристалла мартенсита.

7.8. Превращения в закаленной стали при нагреве (IV превращение)

Различают 4 основных превращения при нагреве закаленной стали (рис. 8.14). Все процессы идут внутри мартенситных пластин (игл) поэтому характер игольчатой структуры сохраняется до высоких температур.

Первое превращение при отпуске происходит в интервале 80-200°С и называется «двухфазным» или «гетерогенным» расплавом мартенсита. Выделяются тончайшие пластины карбида (ε - карбид или Fe x С), уменьшается степень тетрагоналъности с/а→1, образуется «отпущенный мартенсит». Это превращение сопровождается сокращением объема образца.

Фиг. 8.14. Дилатометрическая кривая отпуска закаленной стали

Второе превращение происходит в интервале от 200 - 300°С. Одновременно идут процессы:

- образуются ε - и Fe x С – карбиды, когерентно связанные с решеткой мартенсита;

- остаточный аустенит переходит в «отпущенный мартенсит» (рис. 8.15) (бейнит нижний). Процесс сопровождается увеличением объема (рис. 8.14);

- продолжается выделение углерода из мартенсита (с/а→1);

- начинается карбидное обособление - образование карбида железа по схеме:

Fe x С→ Fe 2 С→ Fe 5 С→ Fe 3 С

Третье превращение происходит в интервале от 350-450°С. Увеличивается скорость диффузии, карбид железа выделяется из решетки мартенсита. Степень тетрагональности с/а →1. Образуется дисперсная смесь феррита и цементита (троостит отпуска).

Четвертое превращение происходит выше 400-450°С. Растут частицы карбида (коагуляция) и сливаются, округляются (сфероидизация). Тонкая феррито-цементитная структура троостита отпуска превращается при температуре 500-550°С в сорбит отпуска, а при более высоких температурах (600-650°С) - в перлит.

Рисунок 8.15 - Схема процессов, совершающихся при отпуске: 1 – выделение углерода из тетрагонального мартенсита; 2 – распад остаточного аустенита; 3 – снятие внутренних напряжений; 4 – коагуляция карбидных частиц

Возврат и рекристаллизация в α – Фазе (Fe α ) происходят в широком интервале температур отпуска. Развитие этих процессов сдерживается частицами карбидных выделений, закрепляющих отдельные дислокации, дислокационные стенки. После длительного отпуска при температуре 600°С, когда в результате коагуляции цементитных частиц закрепление границ ослабевает, происходит рекристаллизационный рост зерен миграцией высокоугольных границ. Микроструктура при этом теряет характерные морфологические признаки реечного мартенсита. Закалка + высокий отпуск называется улучшением.

7.9. ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

7.9.1. Основные составляющие технологического процесса термической обработки

При разработке технологии термической обработки необходимо установить:

- режим нагрева детали или заготовки, в который входят температура нагрева, допустимые скорость и время нагрева;

- характер среды, где должен идти нагрев;

- условия охлаждения (выбор охлаждающей среды);

- производительность труда при термообработке;

- экономичность выбранного процесса.

Режим термообработки назначают до критическим точкам (А с1 , А с3 , А с m ) диаграммы Fe-Fe 3 С (рис.7.1) и С - образной диаграммы превращения аустенита (рис.8.6).

Условия нагрева определяются видом нагревательного устройства, к которым относятся нагревательные печи (топливные или электрические), соляные ванны или ванны с расплавленным металлом, установки индукционного нагрева токами промышленной частоты или токами высокой частоты.

7.9.2. Классификация видов термической обработки

Схема классификации основных видов термической обработки показана на рис. 9.1.

Фиг. 9.1. Классификация основных видов термической обработки

Вид термической обработки определяется не характером изменения температуры во времени, а типом фазовых и структурных изменений в металле.

Собственная термообработка заключается только в термическом воздействии на металл или сплав.

Химико-термическая обработка заключается в сочетании термического и химического воздействия на поверхность.

Термомеханическая обработка заключается в сочетании термического воздействия и пластической деформации.

Отжиг I рода частично или полностью устраняет отклонения от равновесного состояния, возникающие при предыдущей обработке (литье, ковке, штамповке и т.д.), причем при его проведении не происходит фазовых превращений.

К отжигу I рода (рис. 9.1) относятся:

- гомогенизационный (диффузионный);

- рекристаллизационный и дорекристализационный;

- уменьшающий напряжения.

Цельгомогенизационного отжига - устранение ликвации (выравнивание химического состава) в отливках, в слитках, в легированной стали.

Режим гомогенизационного отжига: нагрев до 1050-1200 о С, выдержка 8-10 часов, охлаждение с печью до 200-250 о С. Продолжительность процесса около 80-100 часов (рис. 9.2).

Цель рекристаллизационного отжига – устранение наклёпа холоднокатанной стали, содержащей 0,1 – 0,2 % С.

Режим рекристаллизационного отжига: нагрев до 600-700 о С (Т рекр = 0,4 Т пл по абсолютной шкале), выдержка, которая зависит от геометрии изделий (для тонких листов 25-30 мин.) и охлаждение с печью.

Фиг. 9.2. Левый угол диаграммы Fe – Fe 3 С и температурные области при термической обработке сталей

Цель отжига для снятия напряжений - снятие напряжений в деталях из углеродистой стали.

Режим отжига для снятия напряжений: нагрев до 400 – 600 о С, выдержка 2,5 мин на 1 мм толщины детали, охлаждение с печью.

Отжиг II рода основан на использовании диффузионных (нормальных) фазовых (полиморфных) превращений при охлаждении. Целесообразность отжига II рода определяется тем, насколько сильно структурные изменения влияют на свойства металла или сплава.

Различают следующие разновидности отжига второго рода: полный, неполный, изотермический, нормализационный (нормализация).

Полный отжиг используется для доэвтектоидных сталей (рис. 9.2). Режим такого отжига - нагрев до А 3 + (20-30 оС ), выдержка, медленное охлаждение со скоростью 100-200 о С в час до 500 о С вместе с печью, далее охлаждение на воздухе. При нагреве структура (Ф + П) превращается в мелкую структуру аустенита, при последующем охлаждении получим мелкую феррито-перлитную структуру.

Заэвтектоидные стали полному отжигу не подвергают, так как получается цементитная сетка по границам зерен перлита. Для заэвтектоидных сталей применяют неполный отжиг: нагрев до температуры между линиями А 1 и А с m (рис.9.2), выдержка, медленное охлаждение (с печью). При нагреве немного выше А 1 и последующем медленном охлаждении, когда еще мало зерно аустенита, концентрация которого неоднородна и в его составе содержится еще большое количество нерастворившихся карбидов, образуется зернистый перлит. Неполный отжиг для заэвтектоидных сталей называют сфероидизирующим.

Одного нагрева выше А 1 и медленного охлаждения иногда бывает недостаточно для полной сфероидизации; эту операцию следует повторять несколько раз, т.е. сталь при отжиге нагревают до 730-740 о С, затем медленно охлаждают до 680 о С, затем снова нагревают до 730-740 о С и т.д. Такой отжиг называется циклическим или маятниковым , и он обеспечивает хорошую сфероидизацию цементита.

Цель такого отжига - получать структуру зернистого перлита и цементита в инструментальных сталях для улучшения обрабатываемости на металлорежущих станках. Стали с зернистым перлитом имеют твердость 160-180 НВ. Пластинчатый перлит имеет твердость 180-250 НВ.

Изотермический отжиг - нагрев стали до А 3 + (20-30 о С), выдержка, быстрое охлаждение ниже А 1 (до 700-680 о С), при которой сталь выдерживается определенное время для полного изотермического превращения аустенита и образования феррито-перлитной структуры.

Преимущества изотермического отжига перед полным отжигом – это сокращение времени отжига и получение более однородной структуры.

Нормализационный отжиг (нормализация ) (рис. 9.2) – это такой вид термической обработки, при которой сталь нагревается выше точки А 3 на 30-50 о С для доэвтектоидных сталей и выше точки А с m для заэвтектоидных сталей с последующим охлаждением на спокойном воздухе.

В результате получают:

- более тонкое строение эвтектоида (тонкий перлит или сорбит);

- меньшие внутренние напряжения;

- выше твердость и прочность, чем после отжига;

- заэвтектоидные стали без грубой сетки вторичного цементита.

Главное при нормализации - экономия времени и энергии по сравнению с отжигом.

Нормализацию используют как промежуточную технологическую операцию вместо отжига или как окончательную при изготовлении сортового проката (рельсов, уголков, швеллеров и т.д.).

Для всех видов отжига применяют камерные толкательные печи, а также специальные агрегаты.

Закалка - термическая обработка с нагревом стали до температур, превышающих температуры фазовых превращений с выдержкой и последующим охлаждением металла или сплава со скоростью, превышающей критическую, с целью получения неравновесной структуры (мартенсита), либо пересыщенного раствора.

Результат закалки - повышение твердости и прочности.

Температура нагрева под закалку для доэвтектоидных сталей: А 3 + (30-50 о С). Если нагрев проводится в интервале температур А 1 – А 3 , то происходит неполная закалка. В этом случае оставшийся в структуре остаточный феррит ухудшает свойства доэвтектоидной стали.

<== Предишна лекция | На следващата лекция ==>
| ТЕОРИЯ и технология на термична обработка на метали и сплави

; Дата: 05.01.2014; ; Прегледи: 797; Нарушаването на авторските права? ;


Ние ценим Вашето мнение! Беше ли полезна публикуван материал? Да | не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



ailback.ru - Studopediya (2013 - 2017) на година. Тя не е автор на материали, и дава на студентите с безплатно образование и използва! Най-новото допълнение , Al IP: 66.102.9.22
Page генерирана за 0.18 секунди.