Термическая обработка в машиностроении: Справочник

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Термическая обработка в машиностроении: Справочник

А. В. Арендарчук, А. А. Астафьев, 10. А. Башшш, М. Л. Бернштейн, М. Е. Блантер, И. А. Борисов, В. А. Брострем, В. Г. Воробьев, А. П.
...
Разгнтне современного машиностроения в значительной степени зависит от прогресса в технологии. Совершенствование технологических процессов определяет рост эффективности производства: повышение производительности труда, экономию материальных и энергетических ресурсов, а также качество продукции.
...
Для дальнейшего прогресса технологии машиностроения необходимо, чтобы инженерно-технические работники промышленности научно обосновывали подход к решению технологических проблем и достаточно хорошо знали достижения промышленности в области наиболее перспективных технологических процессов. За последние годы издан ряд фундаментальных книг и капитальных учебников и учебных пособий по отдельным разделам технологии машиностроения: технологии механосборочного производства, обработке резанием, объемной и листовой штамповке, литейному и сварочному производству и др. По технологии термической обработки стали отсутствует литература, в которой были бы обобщены основные теоретические положения и одновременно на их основе рассмотрены конкретные технологические процессы, принятые в различных отраслях промышленности.
...
В предыдущие годы издавались книги лишь по отдельным вопросам технологии термической обработки. Среди них следует отметить книги Ю. М. Лах-тяна, Я. Д. Когана ■— «Азотирование стали», К. 3. Шепеляковского «Упрочнение деталей машин при индукционном нагреве», И. С. Козловского «Цементация шестерен» и др. Издавались и справочники, среди которых широкую известность приобрел «Справочник термиста» А. А. Шмыкова. Однако этот справочник не мог охватить все вопросы технологии термической обработки и требует существенного обновления, также далеко не охватывает всей технологии термической обработки и второй том «Справочника металлиста».
...
На многих Всесоюзных научно-технических конференциях и семинарах инженерно-техническая общественность не раз выступала с предложениями о целесообразности издания фундаментального труда по технологии термической обработки, в котором па высоком научном уровне были бы рассмотрены технологические процессы, особенно в перспективном плане с учетом современных требований.
...
Однако создание такого обобщенного труда представляет очень сложную задачу. Одни и те же технологические процессы в различных отраслях промышленности осуществляются по-разному, так как их режимы зависят от многих факторов: применяемого оборудования, материалов, масштаба производства и т. п. Более 45 лет назад одному из выдающихся наших ученых профессору Н. А. Минкевичу удалось создать фундаментальный труд в трех частях «Свойства, тепловая обработка и назначение стали и чугуна», но в настоящее время, при нынешнем развитии теории и технологии, эту задачу может выполнить лишь коллектив авторов. Наиболее удобно такой труд представить в виде справочника «Термическая обработка в машиностроении», создание которого оказалось возможным в результате того, что инициатор его издания секция «Металловедение и термическая обработка» при ЦП НТО Машпром привлекла в
...
основном ее актив на предприятиях, в научно-исследовательских институтах и вузах из числа высококвалифицированных специалистов.
...
В данном справочнике представлен научно обоснованный материал о технологических процессах термической обработки стальных изделий. Технологические процессы термической обрлботкн рассмотрены по отраслям промышленности: автомобильной, тракторе- и сельхозмашиностроения, станкостроения, химического машиностроения, тяжелого и энергетического машиностроения в инструментальном производстве, в связи с различными требованиями к изделиям одной номенклатуры в разных отраслях промышленности из-за далеко не одинаковых условий службы, разных масштабов производства и т. п.
...
Конкретные технологические процессы, наиболее широко используемые в нашей промышленности, а также перспективные направления их дальнейшего развития представлены во взаимосвязи с основными теоретическими положениями „современной технологии термической обработки.
...
Конструктивная прочность — прочность материала конструкции с учетом конструкционных, металлургических, технологических и эксплуатационных факторов. Она характеризует основные качества, определяющие надежность, долговечность и экономичность конструкции.
...
Таким образом, конструктивная прочность — комплексное понятие, являющееся сочетанием прочности, надежности и долговечности. Термическая обработка — эффективный способ увеличения всех перечисленных составляющих; конструктивной прочности.
...
Приложение нагрузки вызывает деформацию. В начальный момент на-гружение, если оно не сопровождается фазовыми (структурными) измерениями, вызывает только упругую (обратимую) деформацию.
...
По достижении некоторого напряжения (которое тем выше, чем грубев производится измерение деформации) деформация (частично) становится неббра* тнмой (пластическая деформация), необратимо при этом изменяется и строение металла и, следовательно, его свойства.
...
Зависимость деформации от напряжения изображается так называемой диаграммой растяжения (растяжение может быть заменено другим виДом деформации, что не внесет принципиальных изменений), которая дает много сведений о прочности материала (рис. 1, й).
...
На диаграмме ось ординат — условное напряжение а = PlF0 (в кгс/мм2), где Р — сила, Fa — начальное сечение, а ось абсцисс — относительная деформация е=Д///, где А/ приращение длины, /—
...
Тангенс угла наклона прямой tg а = о/е= Е — модуль нормальной упругости (в кгс/мм2) — характеризует жесткость материала (сопротивление упругому деформированию), которая определяется силами межатомного взаимодействия, зависящими в первом приближении от температуры плавления металла. Поскольку легирование и термическая обработка очень слабо влияют на температуру плавления, модуль нормальной упругости можно рассматривать как структурно нечувствительную характеристику. У всех сталей £ — 2-10* кгс/мм2, у алюминиевых сплавов £ 0,7-104 кгс/мм2.
...
Увеличение напряжения значительно выше atí¡2 и соответственно накопление дислокаций приводят материал в состояние с меньшей способностью к сдвиговой деформации; в материале возникают несплошности (поры), количество и размеры которых растут по мере дальнейшего развития деформации, что не сопровождается упрочнением. Этот вид остаточной деформации назы
...
Упругое и пластическое (сдвиговое и деструкционное) деформирование происходит равномерно по длине (при растяжении) до тех пор, пока не сменится на локальное. Это произойдет в точке, соответствующей максимально достигнутому условному напряжению (ов), которое называется временным сопротивлением (или пределом прочности).
...
При напряжении больше ов кривая идет вниз, что свидетельствует о том, что деформация (локальная) происходит быстрее, чем нарастает напряжение. Поскольку за точкой ов резко (у пластичных материалов) уменьшается сечение (локально), то в месте наибольшего утонения истинное напряжение S (S — = PIFx, где Fx — сечение в данный момент деформирования) становится значительно больше условного или номинального о. Истинное напряжение достигает максимального значения в точке Z (при окончательном разрушении образца). Однако истинное напряжение в момент разрыва SK, определенное по диаграмме растяжения, не имеет технического и физического смысла, так как положение точки Z определяется условиями испытания (жесткостью машины, скоростью деформирования), а геометрическое сечение Fx не соответствует живому, так как в месте сужения сильно развивается деструкция.
...
Пластичность металла характеризуется предельными величинами деформации, а именно относительным удлинением 6, показывающим изменение длины образца при доведении его до разрыва и относительным сужением ф — изменением сечения в месте разрыва (ф= (f0—FX)!F0). Общее удлинение складывается из равномерного óp и сосредоточенного 5С,
...
Таким образом, характеристикой жесткости является модуль упругости Е, характеристиками прочности о0 2, со, ов и пластичности б, Sp, ф.
...
У материалов, разрушающихся вязко, увеличение размеров образцов (так называемый масштабный фактор) практически не влияет на характеристики жесткости и прочности, но существенно сказывается на характеристиках пластичности: б уменьшается при увеличении длины образца (отношения lid), а •ф — с увеличением абсолютных размеров сечения. Увеличение скорости деформации ведет к повышению прочности и снижению пластичности.
...
Для высокопрочных и малопластичных материалов (ов > 150 кгс/мм2, ■ф< 40%) стандартные испытания на растяжение дают неустойчивые показания.
...
Модуль упругости Е и предел текучести o0i2 являются расчетными характеристиками, определяющими допустимую нагрузку. По величине Е определяют напряжение, при котором сохраняется упругая деформация заданного значения; по величине o0l2 — напряжение, которое не может быть превзойдено во избежание остаточного деформирования.
...
Если допустимые напряжения лимитируются величиной упругой деформации (жесткая конструкция), то упрочнение (повышение, например, термической обработкой предела текучести или предела прочности) не приведет к увеличению рабочих напряжений и уменьшению массы изделия. Предположим, что упругая деформация не должна превзойти величину А/2 (рис. 1, б"), тогда более прочные стали Б и В не будут иметь преимущества перед менее прочной сталью А.
...
Однако, если лимитируется уровень напряжения, при заданной остаточной деформации (ЛУ, то чем прочнее сталь, тем можно допустить большее рабо-чее напряжение (ст2< 0"2 <<*зЬ
...
Разрушение может быть двух видов, которые можно назвать «разделением» (repture) и «разрушением» (fracture). Разделение типично для высокопластичных, материалов (обычно это металлы высокой чистоты), деформирование которых после достижения ов приводит к 100%-ному сужению (рис. 2, а) без образования поверхности разрушения (для этих материалов другие виды деформации — изгиб, сжатие — не приводят к разделению образца на две половинки). Во всех других случаях сужение достигает какого-то значения, после чего образец разрушается с образованием поверхностей разрушения (рис. 2, б).
...
Описанная выше последовательность процесса деформации (упругая деформация, пластическая деформация, разрушение) во многих случаях нарушается. Дело в том, что способность к макропластической деформации (под макропластической деформацией понимается деформация всего образца или изделия, под микропластической деформацией — сугубо локальная пластическая деформация, которая почти не отражается на остаточном изменении размеров изделия) существенно зависит от конфигурации изделия (образца). Всестороннее сжатие (растяжение) исключает возможность пластически деформироваться. При наличии надреза напряженное состояние в его вершине приближается к трехосному, в связи с чем пластическая деформация затрудняется и разрушение может не сопровождаться предварительной пластической деформацией (рис. 2, в). Такое разрушение называется макрохрупким в отличие от макровязкого, изображенного на рис. 2, б.
...
Поскольку при макрохрупком разрушении пластическая деформация отсутствует (нет участка от ор до ов), диаграмма растяжения приобретает вид, показанный на рис. 3. Однако между двумя видами разрушения, заканчивающимися в первом случае в точке а во втором — в точке Z2, имеется принципи-
...
альное отличие. В обоих случаях образцы после разрушения будут иметь вид, показанный на рис. 2, в, но в первом случае окончательное разрушение произойдет мгновенно по достижении напряжения, равного ор, во втором случае не сразу, так как магистральная трещина, продвигающаяся через образец, пластически деформирует материал, прилегающий к ее вершине. Как в том, так и в другом случае разрушение произойдет без макропластической Рве.
...
Таким образом, наблюдаются два вида разрушения: микрохрупкое (или просто хрупкое) — для распространения трещины ие требуется пластической деформации, и микровязкое (или просто вязкое) — движущаяся трещина производит пластическую деформацию. Объем, охватываемый микропласткческой деформацией, невелик — доли миллиметра (до 1—2 мм) по обе стороны от поверхности разрушения (хотя степень пластической деформация в этой зоне велика — десятки процентов), и поэтому форма образца после разрушения считается неизменной.
...
Информацию о том, какое разрушение произошло, дает помимо диаграммы растяжения изучение излома. Визуально, без увеличения, хрупкий излом имеет «кристаллический» блестящий вид, а вязкий — «волокнистый», матовый (рис. 4). При мелкозернистом строении кристаллический излом визуально не отличается от волокнистого, и единственное определение характера произошедшего разрушения дает фрактографическнй анализ (рис. 5) при помощи электронного или сканирующего микроскопа.
...
Хрупкий излом представляет собой транскристаллитное разрушение по определенным кристаллографическим плоскостям (в поперечнике имеет вид площадок, террас; рис. 6, а) или межкристаллитное разрушение по границам зерен. Пластическая деформация на поверхности излома отсутствует. Вязкий нзлом имеет «.ямочный» («чашечный») характер (рис. 6, б) и показывает значительную поверхностную пластическую деформацию (обнаруживаемую и другими методами). Включения (в том числе и карбидные или неметаллические частицы
...
в стали) обычно находятся в середине ямки, так как служат центрами начавшегося разрушения (поэтому разрушение посредством сужения типично для очень чистых материалов не имеющих включений).
...
Возвращаясь к рис. 2, заключаем, что разрушение, показанное на рис. 2, б, относится к макровязкому, а на рис. 2, в — к макрохрупкому, но в каждом из этих двух случаев оно может быть микрохрупким и микро-вязкнм, ответ па это дает изучение излома. Это, в частности, показываетг ч:о мнкрохрупкое разрушение может произойти и после значительной, ему предшествовавшей пластической деформации 1.
...
Известны многочисленные случаи хрупких разрушений при номинальных (средних) напряжениях, меньших (и притом значительно) чем предел текучести. Можно указать на случай поломки пополам (!) корабля, стоявшего на причале у пирса, причем напряжения, вызвавшие поломку, были всего лишь 0,8 кгс/мм2 при значении предела текучести порядка 12 кгс/мм2. В связи с этим возникло сомнение в правомерности прочностных расчетов, в основу которых положен предел текучести, определяемый при растяжении гладкого образца.
...
Реальные материалы имеют дефекты металлургические (например, неметаллические включения и трещины) и технологические (например, выточки), которые для математического расчета концентрации напряжений принимаются как эллипсы (с осями cub)
...
Итак, в целом процесс разрушения представляется следующим образом. В реальном металле имеются дефекты, в устье которых напряжение ок больше среднего о-ср, согласно формулам (1) и (2), которое тем не менее меньше теоретической прочности. С увеличением оср может возрасти ак, что приведет к пластической деформации в устье трещины и к ее постепенному распространению.
...
Здесь возможны два случая. Увеличение длины дефекта идет быстрее, чем его затупление, дробь с!г (или с!Ь) возрастает, и в конечном итоге вследствие высокой степени концентрации напряжение в устье трещины достигает величины теоретической прочности и происходит хрупкое разрушение. Если дробь с/г (или с!Ь) не возрастает по мере увеличения длины (трещины), то плоский дефект превращается в ямку (Ь становится равным с и согласно формуле (2) ок = оср), и распространение разрушения начинается из следующего включения (другого дефекта). Так в общих чертах следует предоставлять вязкое разрушение.
...
Для хрупкого разрушения реальную опасность представляют дефекты, которые в зависимости от их размеров и конфигурации (остроты) могут достичь второй критической длины х. Расчеты на прочность в этом случае по пределу текучести недостаточны, тогда как для случая вязкого разрушения, они, как правило, дают достаточную гарантию от разрушения.
...
Основой для бракования материала или установления допустимых напряжений могло бы быть обнаружение и измерение дефектов (с, г), что практически является еще неразрешимой задачей (в особенности измерение г). Качество и надежность материалов оценивают ударными испытаниями или критериями линейной механики разрушения.
...
Испытание на ударную вязкость не дает числовых значений, которые могут быть непосредственно использованы в расчетах, но по ним можно оценить уровень качества и степень надежности материала. В связи с этим и благодаря простоте их проведения испытания на ударную вязкость являются одним из самых распространенных методов оценки качества (надежности) металлов.
...
Сущность испытания на ударную вязкость заключается в разрушении надрезанного образца, лежащего на двух опорах, ударом с определением работы, затраченной на разрушение, и изучением излома.
...
Поскольку ударные испытания должны характеризовать надежность или способность материала сопротивляться распространению имеющихся дефектов (трещин или других несплошностей), то заранее создаются концентраторы напряжений, т. е. искусственные дефекты (которые априори больше естественных, внутренних дефектов материала).
...
Получили применение три вида образцов, именуемые по фамилиям ученых, впервые применивших их в испытаниях. Образец во всех случаях призматический размерами 10X10X55 мм, расстояние между опорами 40 мм. Размеры надреза: глубина надреза А = 2 мм, г = 1 мм — образец Менаже (рис. 8, а); А = 2 мм, г = 0,25 мм — образец Шарпи (рис. 8, б); А = 1 мм, г = 0,25 мм-ф-Н- 1 мм трещина — образец Дроздовского (рис. 8, в).
...
Разрушение происходит путем ударного нагружения с обратной стороны образца от надреза. Начальная скорость деформирования 3—5 м/с. Образец
...
1 Под первой (Грифтской) длиной трещины (с,) понимают такую длину, при которой ее дальнейший рост ведет к уменьшению свободной энергии системы. В связи с этим при росте трещины освобождается энергия, и оиа может расти самопроизвольно, ио при условии, что в ее вершине достигнута теоретическая прочность.
...
Рис. 9. Определение составляющих ударной вязкости методом испытания образцов с различиьгаи радиусами надреза
...
упруго и пластически изгибается, пока на дне надреза не возникнет трещина. Работа, которая затрачивается на этой стадии разрушения, называется работой зарождения трещины (а3).
...
Вторая стадия разрушения состоит в распространении трещины через все сечение. При этом затрачивается работа распространения трещины ар. Следовательно, ударная вязкость надрезанного образца ал * состоит из двух слагаемых:
...
Экспериментально установлено, что значение а3 прямо пропорционально радиусу надреза, отсюда возможно определение <зр двумя методами: 1) при ударном изгибе образца с трещиной, поскольку трещина заранее нанесена и не требуется работы для ее образования; 2) при ударном изгибе серии образцов с разными радиусами надреза путем построения зависимости ударной вязкости от радиуса надреза и эстраполяцией ее на нулевое значение радиуса (рис. 9); в этом случае находится не только ар (аг), но и а3 для любого радиуса (обычно а3 относят к образцу с г = 1 мм).
...
Достаточно многочисленные опыты показывают, что результаты определения работы распространения трещины обоими методами практически совпадают. Таким образом, ударная вязкость образца с трещиной (или эта величина, найденная экстраноляционным методом) должна непосредственно определять работу распространения трещины. Однако это не всегда так. Оказывается, что при испытании ударных образцов с трещиной, изготовленных из пластичных материалов, образец может сильно деформироваться до того, как сдвинется трещина. В связи с этим под ст следует понимать не только работу на зарождение трещины, но и работу, затраченную на макропластическую деформацию, поэтому значение ат может быть больше ар.
...
При плоской деформации (поверхность разрушения перпендикулярна главной оси образца, что характеризуется отсутствием продольной и поперечной остаточной макродеформации) аТ может быть принято равной ар. При
...
* он — это ударная вязкость образца с надрезом (е — без надреза), для конкретного надреза принято указывать только размер радиуса в вершине; а, — образец Ме-наже; а0
...
Рис. И. Зоны в изломе ударного образца (смешанное разрушение)! / — стабильная трещина; 2 — скосы; 3 — долом; 4 — вязкое разрушение; 5 — хрупкое разрушение; 6 — 'надрез
...
Для определения в этом случае ар следует применять образцы с боковыми надрезами или с поверхностным охрупчивашгем (например, цементацией, азотированием) или использовать специальное построение на графиках температурной зависимости ох и ат.
...
Ударные испытания имеют значения также в связи с проблемой хладостой-кости материалов и при определении так называемого порога хладноломкости.
...
Известно, что при понижении температуры у многих металлов (преимущественно имеющих объемно-центрированную кубическую решетку) в определенном интервале температур резко падает ударная вязкость вследствие изменения характера разрушения с вязкого на хрупкий. Общая зависимость составляющих ударной вязкости и вязкой составляющей излома от температуры изображена на рис. 10.
...
В определенном интервале температур Тв—Тн уменьшается доля вязкой составляющей в изломе (%5), и сплав из вязкого (выше 7"к) переходит в хрупкое (ниже Тн) состояние. При этом работа распространения трещин уменьшается до нуля (при Тн). Интервал температур Т„—Тх соответствует хрупкому разрушению, но ему предшествует еще макропластическая деформация (ая > 0), а при Тх наступает полное охрупчивание стали, разрушение происходит пря почти равной нулю макро- и микропластической деформации.
...
В качестве критерия положения порога хладноломкости пользуются интервалом температур Тв—ТИ, но более часто используют значение середины интервала 7\)0 (50% волокнистой составляющей в изломе), что соответствует половине полного значения ор.
...
Долю волокнистой составляющей в изломе определяют или визуальным изучением излома или при помощи электронного или сканирующего микроскопа (фрактография).
...
Для многих мягких сортов стали (ов< 100 кгс/мм2) вид излома (его составные части) изображен схематически на рис. 11.
...
В соответствии с теорией разрушения начало этого процесса происходит путем распространения вязкой (стабильной) трещины, пока напряжение в ее устье ие достигнет величины, равной теоретической прочности (длина этой трещины станет равной второй критической длине с2), после чего наступит хрупкое разрушение. Оно может приостановиться или вследствие затупления трещины, илн исчерпания запаса упругой энергии, или изменения напряженного состояния. Таким образом, хрупкое разрушение ограничивается квад-
...
Рис. 10. Зависимость вязкого составляющего излома
...

Цементация стали
Зварювальні матеріали
Контактная сварка
Термическая обработка в машиностроении: Справочник
Металлургия черных металлов

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Термическая обработка в машиностроении: Справочник