Термическая обработка в машиностроении: Справочник

Листать книгу

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

скачать книгу Термическая обработка в машиностроении: Справочник

Вязкость стали, характеризуемая порогом хладноломкости и ударной вязкостью (лучше ар или от), сильно зависит от чистоты стали. Примеси внедрения (С, О, N. Н) сильно повышают порог хладноломкости и снижают ударную вязкость в вязком состоянии (рис. 23). Фосфор и сера тоже не оказывают положительного влияния на характеристики сопротивления вязкому разрушению, однако их воздействие существенно различно. Фосфор смещает всю сериальную кривую вправо (рис. 24, а)
...
Влияние серы своеобразно. Наличие сернистых включений, в особенности строчечного типа, снижает ударную вязкость (при испытании поперечных образцов), но одновременно и понижает порог хладноломкости. Указанное явление получило название «.сульфидный аффект».
...
Способы выплавки «суммарно», в зависимости от того, какие примеси удаляются, влияют на свойства. Практика показала, что стандартные свойства °в> °о г. Ф> 6, ах
...
Рис. 25. Сериальные кривые стали с различным размером зерна: Л! — мелкое зерно феррита (0,041 мм); К —
...
шение справедливо лишь до уровня прочности 100—120 кгс/мм2. При более высокой прочности а_! становится уже меньше 0,5ов (что связано с изменением характера разрушения и появлением участков хрупкого разрушения как в зоне усталостного излома, так и в зоне статического долома).
...
Состояние поверхности сильно влияет на предел выносливости. Наиболее высокий предел выносливости имеют полированные образцы, а минимальный — образцы с черновой, неровной поверхностью, содержащей углубления и неровности, являющиеся концентраторами напряжений. Для более обстоятельной оценки сопротивления усталости рекомендуется испытывать сбразцы как гладкие, так и с острым концентратором.
...
В целях повышения усталостной прочности рекомендуют применять различные виды поверхностного упрочнения (поверхностный наклеп, цементация, азотирование и др.), цель которых не столько в упрочнении поверхностных слоев, сколько в создании сжимающих напряжений, препятствующих зарождению начальной трещины усталости.
...
Износостойкость главным образом зависит от поверхностной твердости (рис. 26). В связи с этим для повышения износостойкости применяют поверхностное упрочнение — цементацию, азотирование и др. При равной твердости матрицы наличие избыточных твердых фаз (например, карбиде в) дополнительно повышают твердость (рис. 26).
...
Повышенная способность к наклепу делает такие материалы, несмотря на исходную невысокую твердость, высокоизносостойкими (например, так называемая сталь Гадфилда Г13). Неустойчивый аустенит, способный к образованию мартенсита при деформации, также имеет высокое сопротивление износу.
...
Данные о механических свойствах некоторых, наиболее распространенных марках конструкционных сталей, сведенные в единообразные таблицы приведены в приложении, что конкретизируют общие сведения о механических свойствах, сообщенные в этой главе.
...
Рис. 25. Сериальные кривые стали с различным размером зерна: Л! — мелкое зерно феррита (0,041 мм);
...
Фазовые превращения в сплавах (рис. 1) происходят самопроизвольно при изменении внешних условий — температуры и давления. Так как высокотемпературная р-фаза при температурах ниже Г0 обладает большей свободной энергией, чем низкотемпературная а-фаза, то протекает р"
...
Сталями и чугупами ранее называли сплавы железа с углеродом, однако установлено, что углерод в ряде сплавов на основе железа является вредной примесью, поэтому под сталью теперь понимают сплавы с содержанием железа более 50%. Тем не менее углерод для огромного числа реальных сплавов на основе железа является важнейшей примесью.
...
Диаграмма состояния железо—углерод, несмотря на огромное количество исследований [13], продолжает уточняться. На рис. 2 приведена диаграмма железо—углерод в современном виде (1975 г.) [7].
...
Особенные точки диаграммы железо—углерод даны в табл. 1. Фазы в системе железо—углерод. Аустенит (А)
...
фазовые и структурные превращения в стали и сплавах при термической обработке
...
На рис. 7 приведена диаграмма, пользуясь которой можно определить относительное количество (в %) структурных составляющих в сплавах железо— углерод, при разных содержаниях углерода.
...
Для доэвтектоидиых сталей (<0,8% С) при 20° С типична структура феррит + перлит, для эвтектоидыой (0,8% С.) — перлит, для заэвтектоидных (>0,8% С) перлит + цементит (вторичный), причем последний может быть и в виде сетки по границам зерен перлита.
...
Цементит — неустойчивое химическое соединение и при соответствующих условиях (при повышенных температурах и длительных выдержках) разлагается: при температуре ниже 723° С на феррит+ графит (Fe3C-* Fea + С), а при температуре выше 723° С — на аустенит + графит (FeaC -> Fev(C.) + С). В связи с этим возможна различная степень графятации от полной (структура Ф
...
Для практических целей термической обработки пет необходимости в использовании всех областей диаграммы железо—углерод, достаточен участок, отвечающий области твердого состояния, особенно при содержании углерода до 2% (рис. И).
...
Л8 — температура, отвечающая началу выделения феррита из аусте-нита при медленном охлаждении или окончанию превращения феррита в аустенит при медленном нагреве; А1 — температура нонвариаитного
...
Рис. 9. Часть диаграммы железо—углерод. Сплошные линии для системы железо—цементит, штриховые — для системы железо—графнт
...
Промышленные составы стали или чугуна не отвечают двойным сплавам железа с углеродом, а содержат большое количество различных элементов как неизбежных (примесь) или умышленно введенных (легирующий элемент). Поскольку графическое изображение фазового состояния такого реального многокомпонентного сплава невозможно, то в известной степени приближенное представление о природе сплава (стали) дает двойная система железо — легирующий элемент (железо—примесь).
...
Железо—марганец. Марганец—раскислитель и десульфуратор. Для этой цели его вводят практически в любую сталь в количестве до 0,8% (при большем количестве марганец уже является легирующим элементом). Марганец имеет аллотропические модификации: Мпа., Мпр, Мпу и Мп0, причем Мпу неограниченно растворим в Рву (рис. 12). В обычных сталях марганец полностью растворим в обеих фазах — феррите и аустените. При содержании марганца в пределах 12—25% возможно образование гексагональной е-фазы. В интервале 12—16% Мп (рис. 13, а)
...
Железо—кремний. Кремний, как и марганец, является раскислителем, правда, более сильным, и поэтому известная его часть присутствует в стали в виде силикатных включений (5Ю2). В обычных сталях его содержание не превосходит 0,5%. Диаграмма состояния Ре—31 (рис. 14) показывает, что кремний прн содержании его до 14% находится в сс-твердом растворе, за исключением, разумеется, того кремния, который идет на раскисление и присутствует в виде силикатных включений.
...
Рис. 11. «Стальной» участок диаграммы Ре— Ре_аС
...
Железо—сера. Сера практически не растворима в железе в твердом состоянии и в промышленных сталях присутствует исключительно в виде различных неметаллических включений — сульфидов РеБ; МпБ и т. д. В зависимости от условий модифицирования сернистые включения могут быть пластинчатой (рис. 15, а)
...
Железо—фосфор. Фосфор в тех количествах, в каких он обычно присутствует в стали, растворим полностью в у- и а-моднфикациях. Способность фосфора к сегрегации по границам зерен ведет к охрупчиванию.
...
Железо—кислород. Кислород практически не растворим в железе, образует включения (оксиды) различного состава и строения, вредно влияющие на свойства стали, снижая вязкость.
...
Железо—азот. Азот в обычной стали образует нитриды, выделяющиеся из азотистого феррита в весьма дисперсной форме вследствие резкого уменьшения растворимости при охлаждении (рис. 16).
...
Железо—водород. Водород присутствует в стали в твердом растворе (феррите или аустеннте) или скапливается в различных несплошностях. Водород вызывает образование флокенов и других видов несплошностей (трещины), что снижает пластичность и вязкость, особенно в условиях замедленного нагру-жения. С понижением температуры растворимость водорода в железе падает н практически приближается к нулю при температурах ниже 300—200° С
...
Содержание перечисленных элементов (кроме Б] и Мп), поскольку они являются в основном вредными элементами, определяется совершенством металлургического производства, однако уменьшение их содержания повышает стоимость стали.
...
Железо—никель. Никель имеет кубическую гранецентрированную решетку с параметрами, близкими у—Ре, что обеспечивает образование между ними непрерывного ряда твердых растворов (рис. 18, а).
...
Железо—хром (рис. 18, в). Хром имеет одну модификацию, изоморфную а—Ре, поэтому между а—Ре и Сг образуется ряд непрерывных твердых растворов. В этой системе у-область распространяете до 11% Сг, а сплавы с 13% Сг и более не претерпевают у її «-превращения. В сплавах с высоким содержанием хрома образуется хрупкая о-фаза.
...
Рис. 18. Растворимость азота в а- Рис. 17. Растворимость водорода в железе железе
...
Железо-—вольфрам. Согласно диаграмме состояния Ге—\У растворимость вольфрама в а—Ре максимальная; при 1540е С она равна 30% и снижается до ~5% при 20°С. у-область замыкается при 4% \\'. В сплавах Ре—\У с высоким содержанием вольфрама возможно образование интермегаллидов РеДУ и Ре3и'3.
...
Железо—ванадий. В этой системе имеется непрерывный ряд твердых растворов ота—Ре до V; у-область замыкается при 1,5% V. Возможно образование неустойчивого соединения типа «-^зазы (Г'е\;).
...
Железо—ниобий. В сплавах этой системы образуются многочисленные ин-терметаллндиые соединения: Ре2КЬ, 1ге_,|МЬи, и др. В. сталях ниобий (при малом его содержании) присутствует в виде карбидных и нитрндных фаз.
...
необходимая для такого перехода, называется энергией активации. Она определяет возможность и скорость развития превращения.
...
Процесс образования новой фазы состоит в возникновении ее зародышей и их росте. Образование зародыша требует увеличения поверхностной энергии из-за создания новой поверхности, однако при этом освобождается часть объемной свободной энергии, поскольку кристалл новой фазы обладает меньшей ее величиной. В результате изменение суммарной свободной энергии при росте кристалла изобразится кривой с (рис. 19).
...
(ХТО), а если наряду с температурным воздействием производится еще и деформация, вносящая соответствующий вклад в изменение структуры, то такая термическая обработка называется деформационно-термической (виды: термомеханическая — ТМО, мехаиотермическая — МТО и др.).
...
Отжиг I рода — нагрев металла, который имеет неустойчивое состояние в результате предшествовавшей обработки (кроме закалки), приводящий металл в более устойчивое состояние.
...
Отжиг ¡1 рода—нагрев выше температуры превращения с последующим медленным охлаждением для получения стабильного структурного состояния сплава.
...
Закалка с полиморфным превращением — нагрев выше температуры полиморфного превращения с последующим достаточно быстрым охлаждением для получения структурно-неустойчивого состояния (в пределе — фиксирования устойчивого состояния при высокой температуре).
...
Старение — нагрев (или длительная выдержка при комнатной температуре), вызывающий превращения в закаленном (без полиморфного превращения) сплаве и приближающий его состояние к более устойчивому.
...
Разные виды деформационно-термической обработки разделяются в зависимости от характера фазовых превращений и способа деформации, причем существенное значение имеет, до или после деформации происходит превращение (ТЛЮ и МТО соответственно), а также выше или ниже температуры рекристаллизации производилась деформация (ВТМО и НТМО соответственно).
...
Термическая обработка имеет главное значение именно для стали. Это обусловлено, с одной стороны, необыкновенно широким распространением стали как конструкционного (и инструментального) материала, а с другой стороны, ии для одного сплава термическая обработка не дает такого эффекта по изменению свойств, как для стали.
...
В соответствии со сказанным выше, и основываясь на приведенном на рис. 11 стальном участке диаграммы Fe —С видами термической обработки стали будут отжиг I и II рода; закалка, отпуск.
...
Отоюиг I рода — нагрев до различных температур с целью гомогенизации, снятия внутренних напряжений, рекристаллизации. Если б
...
Отжиг 11 рода (или фазовая перекристаллизация) — нагрев выше Ас3 (или Acx) с последующим медленным непрерывным или ступенчатым (изотермическим) охлаждением. Частный случай отжига II рода — нормализация (охлаждение на спокойном воздухе).
...
Закалка без полиморфных превращений (а, следовательно, и последующее старение) — сравнительно редкий случай при термической обработке сталей. Она характерна для аустенитных сталей, не имеющих полиморфных превращений, и используется для растворения карбидов или интерметаллидов.
...
Прекращения перлита в аустенит. Превращение перлита в аустенит — необходимый этап для многих видов термической обработки. Практически это превращение реализуется при нагреве выше Асх, причем с повышением температуры оно непрерывно ускоряется (рис. 23). При непрерывном нагреве с различной скоростью — лучи V)
...
Положение этой точки зависит от скорости нагрева, дисперсности исходной структуры и ее морфологии (рис. 24), а также от присутствия легирующих элементов.
...
Рис. 23. Диаграмма изотермического превращения перлита (Л) в аустенит
...
Рост зерна аустенита. При исходной перлитной структуре образование аусте-инта идет нз многих центров, и тотчас после окончания превращения П
...
Для количественной оценки величины зерна производят измерение среднего диаметра наиболее крупных зерен или, что практически удобнее, сличают структуру со стандартной шкалой (рис. 28, а)
...
При исходной мартенситной или бейнитиой структуре кинетика роста зерна другая. Переход через критическую точку Ас1 ке сопровождается измельчением структуры, зерно аустенита сохраняет те же размеры, какие были у него перед закалкой. Однако превращение а
...
Поэтому при дальнейшем нагреве выше точки Ь — Чернова происходит измельчение зерна в результате рекристаллизации (рис. 29).
...
Перлитное превращение. По условиям фазового равновесия превращение аустенита в эвтектоид (Fe7 (С) -* Fea + Fe3C), т. е. в перлит, может начаться лишь ниже А1.
...
С увеличением степени переохлаждения (понижении температуры) разность объемных свободных энергий AF увеличивается, а диффузионная подвижность D уменьшается. Результирующая кривая — скорость превращения v имеет поэтому максимум (приблизительно) при степени переохлаждения порядка 150° С, Для углеродистых сталей это соответствует ~550с С.
...
Превращение происходит путем зарождения и совместного роста кристаллов феррита и цементита. Ведущей фазой здесь является цементит. Для образования пластинки цементита аустенит обедняется \члеродом, и поэтому в соседних объемах создаются условия для образования феррита.
...
В соответствии с теорией кристаллизации Таммана параметры кристаллизации — число центров (ЧЦ) и скорость роста кристаллов (СК) определяются степенью переохлаждения. В районе максимальной скорости превращения оба параметра имеют достаточно высокое значение (рис. 30),
...
Практически удобнее изучать превращение в зависимости от температуры или степени переохлаждения не по показателям скорости превращения или параметрам процесса кристаллизации, а характеризовать интенсивность (скорость) превращения по времени достижения 1%
...
Рнс. 30. Скорость роста кристаллов и скорость зарождения центров кристаллизации в зависимости от степени переохлаждения (температуры)
...
Рис. 29. Схема изменения величины зерна аустенита при нагреве; исходная структура мар» тенсит или бейнит
...
распад переохлажденного аустенита с выделением феррита до тех пор, пока состав аустенита не достигнет линии 5£", после чего начнется собственно превращение А
...
сТС, после чего начнется превращение А -> Я (область ///); распад аустенита на ферритно-цсментитную структуру без предварительного выделения феррита или цементита (область /);
...
распад аустенита на структуру, состоящую из а-твердого раствора и цементита, имеющую игольчатое строение — бейнит (область IV);
...
превращение аустенита в мартенсит, а частично в бейнит; вслед за образованием мартенсита при повышенной температуре происходит его распад с выделением карбида (область V);
...
Рис. 33. Обобщенная диаграмма превращении переохлажденного аустенита
...
зерне при быстром охлаждении в интервале от А3 =— 50°С и до 600—550°С. На микроструктуре, показанной на рис. 35, виден полиэдрический и игольчатый феррит.
...
Образование видманштеттовых пластин не зависит от размера зерна, содержания углерода и скорости охлаждения и протекает по мартенситной реакции (атер-мической). Несмотря на предварительное диффузионное перераспределение углерода в аустените, цементит в области между линиями ES
...
Перлит может быть пластинчатым (рис. 36, /) или зернистым (рис. 36, //), что определяется тем — образовался ли он из однородного или неоднородного аустенита. В частности, в доэвтектоидной (заэвтектоидной) стали нагрев в первом случае должен быть выше Ас3 (Аст),
...
Важное значение для термической обработки имеет устойчивость переохлажденного аустенита, характеризуемая расположением кривой начала его превращения (см. рис. 32), в особенности в области температур минимальной устойчивости (на рис. 32 при 550°С).
...
Для образования мартенсита при закалке необходимо, чтобы в области минимальной устойчивости переохлажденного аустенита не произошло его превращение. Величина такой скорости охлаждения называется критической скоростью закалки (рис. 37).
...
Критическую скорость охлаждения уменьшают (соответственно углубляют закалку и позволяют использовать более мягкие закалочные среды) введением легирующих элементов (кроме Со), укрупнением зерна аустенита, повышением однородности аустенита.
...
Поскольку подлинно изотермический распад аустенита можно создать лишь для малых сечений образцов или для сталей с весьма устойчивым переохлажденным аустенитом, получили распространение так называемые аиизотермическке диаграммы превращения аустенита, когда фиксируются температура начала превращений и их природа при разных скоростях охлаждения, как это показано на рнс. 38.
...
На рис. 39 приведены изотермическая и анизотермическая диаграммы превращений переохлажденного аустенита для одной марки стали с описанием их структур, твердости и скорости охлаждения.
...
Бейнитное превращение. На схеме образования структур (см. рис. 33) бейнит-ное превращение происходит, когда в заметном объеме нет диффузионного перераспределения атомов легирующих элементов и самодиффузии атомов железа, а диффузия атомов углерода может совершаться с достаточной полнотой. Другими словами, бейнитное превращение ограничивается уровнями температур end
...
Механизм бейннтного превращения описывается следующим образом (рис. 40). При охлаждении ниже точки е в аустените происходит расслоение на области, богатые и бедные углеродом. В обедненном аустените вследствие повышения мартенситной точки образуется мартенсит, в котором происходитвыделение (карбидов), так как температура процесса выше точки Мп
...

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