Термическая обработка в машиностроении: Справочник

Листать книгу

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

скачать книгу Термическая обработка в машиностроении: Справочник

В соответствии с рассмотренным бейнитное превращение в изотермических условиях не идет до конца (сохраняется высокоуглеродистый аустенит). Структура бейиита неоднородна и зависит от температуры изотермического превращения. Обычно различают верхний и нижний бейнит (рис. 41).
...
Мартенсит (или а-твердый раствор), образующийся в процессе бейнишого превращения, хотя и претерпевает отпуск, но все же полностью не освобождается от углерода. В нем сохраняется примерно 0,1—0,2% С.
...
Мартенситное превращение. Аустенит, переохлажденный до низких температур, теряет термодинамическую устойчивость, однако отсутствие диффузионной подвижности атомов углерода не позволяет осуществить превращение по перлитному или бейннтному механизму. Остается единственная возможность — мартенситное превращение, происходящее путем у -* а-перестройки без выделения углерода; последний остается в решетке а-железа (рис. 42):
...
Мартенситное превращение наблюдается во многих сплавах. Но наибольшее техническое значение оно приобрело для сплавов железа с углеродом, т. е. для сталей, поэтому и его изученность в этих сплавах оказывается наиболее полной.
...
Мартенситиое превращение начинается при определенной температуре М,„ лежащей приблизительно на 200° С ниже температуры термодинамического равновесия аустенит — мартенсит (Т0).
...
Рис. 39. Изотермическая («) и анизотермическая (термокннетиче-ская;
...
Существуют два довольно различных по кинетике вида мартеисит-ных превращений — атермический и изотермический1. Структура мартенсита после этих видов превращения различна.
...
А термическое превращение- Температура превращения прямо связана с содержанием в стали углерода (рис. 45, а).
...
Каждая мартепситиая пластина возникает за очень малое время. По-видимому, время образования пластин мартенсита ие уменьшается с понижением температуры 4. Чем крупнее зерна аустенита, тем больше первая пластина мартенсита. При этом зерно аустенита делится пластинами как бы на «отсеки», внутри которых образуются мартеиситиые пластины в виде «молний» или «зигзагов» (рис. 46, а).
...
Изотермическое превращение. Превращение развивается путем зарождения и роста кристаллов мартенсита с измеримой скоростью, зависящей от температуры. Суммарная скорость превращения (время развития превращения до определенной стадии) изображается обычного вида диаграммой изотермического превращения аустенита (рис. 47). Начало превращения зависит от скорости охлаждения. Превращение может быть подавлено быстрым охлаждением, и переохлажденный таким образом аустенит будет претерпевать превращение при отогреве.
...
Микроструктура изотермического мартенсита имеет «перистый» вид и существенно отличается от микроструктуры атермического мартенсита (см. рис. 46, б). Итоги исследования представлены в табл. 4.
...
Развитие той или иио? кинетики мартенситиого превращения определяется взаимным расположением интервала МИ
...
Рис. 46. Микроструктура атермического (а) и изотермического
...
В некоторых сталях (например, железомар-ганцевых сталях с 12—17% Мп) образование а-мартенсита (тетрагонального) протекает через промежуточную гексагональную е-фазу. В этом случае превращение протекает по следующей схеме: у
...
Нагрев закаленной стали со структурой, состоящей из мартенсита и остаточного аустенита, приводит к разнообразным превращениям. В углеродистой стали, не содержащей легирующих элементов, эти превращения заключаются: а) в перераспределении концентрации углерода в а-твердом растворе (мартенсите) с образованием областей, богатых и бедных углеродом; б) в выделении высокоуглеродистой, низкотемпературной карбидной фазы в начале высокой дисперсности, когерентно связанной с матрицей, с кристаллической решеткой, отличной от цементита, и с последующим нарушением когерентности вследствие превращения е-карбида в цементит и его коагуляцией; в) в превращении остаточного аустенита по механизму, близкому к бейнитному; г) релаксации напряжений и рекристаллизации «-матрицы.
...
Процесс перераспределения концентрации углерода и образование обедненных и обогащенных участков в мартенсите протекает одновременно с начальным этапом процесса выделения е-карбида, когда вокруг выделившейся частицы в обогащенной области образуется зона обеднения.
...
Этот процесс можно характеризовать временем полураспада (что соответствует уже явному замедлению указанных процессов), при котором в а-твердом растворе (мартенсите) сохраняется половина общего содержания углерода. Это время тем меньше, чем выше температура. Время полураспада мартенсита в стали с 1,4% С при отпуске приведено ниже.
...
Рис. 48. Схема возможных кинетических вариантов мартеиситных превращений
...
Дальнейшее повышение температуры приводит к коагуляции и коалесценции частиц цементита — к их округлению и укрупнению.
...
Остаточный аустенит при отпуске мартенсита в углеродистых сталях претерпевает распад в интервале температур 200—300° С по механизму, аналогичному бейиитному, но протекающему быстрее.
...
Релаксация напряжений в а-твердом растворе, залечивание различных дефектов строения, уменьшение плотности дислокаций становится возможным при достаточно высокой температуре отпуска уже после нарушения когерентности на границе карбид—матрица.
...
на четыре типа, каждый из которых, хотя и протекает в широком интервале температур отпуска, имеет наибольшую интенсивность в определенном интервале. В связи с этим иногда неправильно считать, что пре
...
вращения при отпуске при повышении температуры следуют одно за другим, т. е, после завершения первого превращения следует второе и т. д.
...
Первое превращение при отпуске (до 150° С) заключается в перераспределении концентрации углерода в а-твердом растворе с образованием е-карбида. Степень превращения количественно характеризуется содержанием углерода в решетке мартенсита. Интенсивность процесса тем больше, чем выше температура. Прн температуре 150° С в а-твердом растворе (при обычных продолжительностях отпуска) сохраняется около 0,2—0,3% С. Повышение температуры ведет к дальнейшему обеднению мартенсита углеродом. (Равновесная концентрация углерода в а-твердом растворе достигается при отпуске выше 600° С — рис. 49).
...
Распад остаточного аустенита — второе превращение — практически полностью протекает в углеродистой стали в интервале температур 200—300° С.
...
Процессы нарушения когерентности на границе карбиды — а-твердый раствор происходят из-за карбидного превращения. Снятия напряжений, начало рекристаллизации и залечивание дефектов начинаются при 300° С и отвечают третьему превращению. После более или менее полного завершения этих процессов наблюдается наиболее сильное изменение свойств в районе 450° С (точка е — Чернова) и значительное изменение объема. При дальнейшем повышении температуры (свыше 450° С) после окончания третьего превращения происходит коагуляция карбидных частиц (четвертое превращение).
...
Поскольку все превращения, происходящие при отпуске, являются диффузионными, ускорение нагрева смещает их границы к более повышенным температурам.
...
Легирующие элементы уменьшают эвтектоидную концентрацию (рис. 50) и изменяют температуру эвтектоидного превращения в зависимости от того, расширяют они или сужают у-область в бинарной системе Ре — л. э.
...
Легирующие элементы, вводимые в стали в зависимости от их взаимодействия с углеродом, подразделяют на карбидообразующие и некарбидообразующие. К первым относятся все элементы, расположенные в периодической системе
...
Прочность феррита изменяется пропорционально его периоду решетки. Причем одинаковому его изменению отвечает одинаковое упрочнение. Уменьшение периода решетки ведет к большему упрочнению, чем его увеличение.
...
Карбиды в легированных сталях являются твердыми растворами на основе того или иного соединения Ре3С, Мп3С, Сг7С3, Сг23С6, Ре3Мо3С, Ре3\У3С, Мо2С, Ш2С, \УС, УС, ПС, 1
...
карбпдообразующие элементы, при достаточном количестве углерода, имеется карбидная фаза, которая в зависимости от ее природы полностью или частично переходит в у-твердый раствор при более высоких температурах. Наличие наряду с аустенптом нерастворившейся карбидной фазы (а также нитридной, карбонитрид-ной, оксидной и др.) задерживает рост аустенитного зерна.
...
Легирующие элементы существенно изменяют кинетику и характер превращения переохлажденного аустенита, поскольку при легировании могут образовываться новые фазы и кинетика становится зависимой еще и от.диффузионной способности атомов л. э., которая обычно меньше, чем у железа.
...
Чтобы понять многообразие влияния л.э. на кинетику превращения переохлажденного аустенита, рассмотрим типичные диаграммы изотермического распада аустенита в легированных сталях.
...
На рис. 52, а представлена диаграмма изотермического превращения аустенита углеродистой стали или стали, легированной небольшим количеством некар-бидообразующих элементов, на рис. 52, б — диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита в стали, легированной карбидообразующими элементами. Для этой диаграммы характерно разделение по температуре интервалов перлитного и бейнитного превращений, между которыми имеется область высокой устойчивости аустенита.
...
На диаграмме изотермического превращения переохлажденного аустенита для легированной низкоуглеродистой (0,20—0,25% С) стали (рис. 52, б) бейнитпое превращение в отличие от стали высокоуглеродистой (рис. 52, г)
...
При весьма высоком содержании легирующих элементов и углерода бейнитное превращение на диаграмме изотермического превращения переохлажденного аустенита может отсутствовать (рис. 52, д).
...
При высоком содержании некарбидообразующих элементов и низком содержании углерода, напротив, перлитное превращение полностью отсутствует (рнс. 52, в), и тогда говорят о том, что сталь не отжигается.
...
/ — начало превращения; 2 — конец перлитного превращения; 3 — начало промежуточного превращения; 4 ^- начало выделения карбидов
...
Сколь бы не было сложно и разнообразно влияние легирующих элементов на превращение переохлажденного аустенита, в подавляющем большинстве случаев они сдвигают область минимальной устойчивости аустенита в области перлитного превращения вправо, п поэтому уменьшают критическую скорость закал! и и увеличивают прокаливаемость. Во многих легированных сталях, как ул-.е указывалось выше, области бейнитного и перлитного превращения разделены. Это является характерным признаком легированных сталей. Легирующие элементы, как правило, ускоряют бейнитное превращение. Подобное различное влияние легирующих элементов на перлитное и бейнитное превращения обусловлено тем, что для первого необходима диффузия л. э. для образования соответствующих карбидных фаз, скорость которой замедлена, тогда как для бейнитного превращения, протекающего ниже точки е (см. рис. 33), не требуется диффузионного тере-мещеиия атомов л. э, тем более что в бейннте состав карбидов и матрицы (а-фаза) по содержанию л. э. одинаков и резко различен в перлите.
...
Введение л. э. в сталь (за исключением кобальта) снижает температуру начала и конца мартенситиого превращения (Ми
...
специальный карбид. Возможен и другой путь образования специальных карбидов, когда в результате диффузии в цементит атомов легирующих элементов происходит перестройка его решетки. Структура такой стали после отпуска при 500—550° с
...
Для растворения избыточных кристаллов АпВт сплав нагревается выше линии FD и быстро охлаждается с целью предотвращения их обратного выделения. При этом получается пересыщенный твердый раствор. Последующий нагрев приводит к выделению второй фазы (часто через ряд промежуточных стадий), возникает упрочнение, степень которого зависит от количества выделений и их дисперсности.
...
Переменная растворимость углерода в а-железе (см. рис. 5) приводит к тому, что нагрев ниже температуры Лс, вызывает растворение третичного цементита (а также нитридов и оксидов, содержащихся в небольшом количестве в промышленных сталях) и получение после быстрого охлаждения пересыщенного а-твер-дого раствора.
...
Закалка из-за малого пересыщения а-твердого раствора углеродом (азотом, кислородом) не дает существенного изменения свойств, однако при последующем невысоком нагреве (200—300° С) преимущественно по границам зерен выделяются дисперсные карбиды (нитриды, оксиды), которые, не повышая прочность и твердость, вызывают заметное охрупчивание металла, усиливающееся пластической деформацией при закалке металла. Описанное явление, именуемое старением или деформационным старением, наблюдается в ннзкоуглеродистых сталях (менее 0,!% С) и ведет к снижению пластичности; его стремятся избежать тем или иным способом.
...
В визкоуглероднешх сталях при определенных и довольно высоких содержаниях легирующих элементов можно получить так называемые аустенптпые (рис. 55, а)
...
Растворимость углерода, азота, кислорода — элементов, ответственных за дисперсионное твердение, в высоколегированных сталях невелика и тем меньше, чем больше степень легирования. Так, в хромоникелевой аустенитной коррозионно-стойкой стали 12Х18Н9 растворимость углерода при 1050° С достигает всего лишь 0,05% и уменьшается с увеличением содержания никеля (рис. 56).
...
На рис. 57 показано, что закалка стали ферритного класса Х20 обычной чистоты (т. е. содержащий некоторое количество углерода в виде карбида) ведет к увеличению прочности и тем большему, чем выше была температура закалки (несмотря на рост зерна). Очевидно, это происходит в результате выделения дисперсных карбидов из-за недостаточно интенсивного охлаждения при закалке. В той же стали, но высокочистой, не содержащей карбидной фазы, нагрев вызывает только рост зерна, и чем крупнее зерно, тем меньше твердость.
...
Таким образом-, в феррптных, а также в аустенитных высоколегированных сталях при наличии некоторого количества углерода (в обычных сталях ~0,05— 0,10%) можно соответствующей термической обработкой вызвать эффект дисперсионного твердения, но он, как правило, не велик и редко используется для целей упрочнения. Однако только закалка, без последующего старения, для таких сталей имеет применение для других целей — чаще всего для повышения коррозионной стойкости.
...
В некоторых низкоуглеродистых высоколегированных сплавах иа основе железа избыточной фазой может быть нитерметаллид—соединение железа с легирующим элементом: количество этой фазы, выделившейся в дисперсном виде, после соответствующей обработки (закалка Н- старение), может быть очень велико (до 30—50?'о по объему), что и вызывает интенсивное упрочнение (рис. 58).
...
Качество, эксплуатационная надежность промышленных изделий — машии, механизмов, приборов и пр. — сходятся в непосредственной зависимости от соответствующих свойств их элементов — деталей, соединений и узлов. Конструкционные свойства последних связаны, в свою очередь, со свойствами материала. Статическая и динамическая прочность, сопротивление хрупкому разрушению, задиро- и износостойкость, сопротивление усталостному разрушению, физические, коррозионные н прочие свойства материала принадлежат к числу основных факторов, определяющих надежность и долговечность машин.
...
Для современного машиностроения и других отраслей металлообрабатывающей промышленности характерны высокие требования к свойствам материалов,
...
обусловленные возрастающей интенсивностью нагружения машии при одновре-менной тенденции к уменьшению массы. Во многих случаях характеристики массы приобретают решающее значение.
...
Этим высоким требованиям лишь в редких случаях могут отвечать неупроч-ненные материалы. Основная часть ответственных конструкционных элементов нуждается в упрочнении, поэтому процессы упрочняющей обработки принадлежат к числу важнейших разделов технологии изготовления машин.
...
Номенклатура упрочняемых изделий чрезвычайно широка — от мелких деталей прецизионных приборов до крупнейших отливок и поковок энергетического, металлургического, транспортного оборудования.
...
В настоящей главе приведены справочные данные, относящиеся к общим вопросам технологии термической обработки. Основные задачи технологии термической обработки представлены на схеме рис. 1.
...
Главная цель термической обработки изделий (заготовок, деталей, узлов), поступающих в термический цех, состоит в получении необходимых свойств материала. При этом геометрические параметры изделий (форма, размеры, состояние поверхности) должны по-возможности сохраняться неизменными, не говоря уже о сохранении сплошности материала.
...
При незначительных затратах на термическую обработку (обычно ис превышающих 2—4% полной себестоимости) результаты ее могут оказывать большое влияние на трудоемкость и стоимость работ на смежных участках производства. В зависимости от этих результатов упомянутые производственные показатели могут изменяться до 3—5 раз и более.
...
При разработке технологических процессов часто характерной является многовариантность возможных решений, каждое из которых предположительно удовлетворяет техническим требованиям к изделию. Сопоставление вариантов по критериям ожидаемого качества изделий, производительности и рентабельности, выбор и стандартизация решения, наилучшего для конкретных производственных условий, — необходимый этан обеспечения высокой эффективности производства.
...
Отрасли технологии — соответственно отраслям промышленности: металлургическая технология, технология машиностроения, технология приборостроения и т. д.
...
Разделы технологии машиностроения — технология термической обработки (термическая обработка); соответственно — технология литья и пр.
...
Предмет производства—материал, заготовка, изделие или его составная часть, находящиеся в стадии формообразования, обработки, сборки или контроля при выполнении технологического процесса или операции (ГОСТ 22954—78).
...
Заготовка — предмет производства, из которого изменением формы, размеров, чистоты поверхности и свойств материала изготовляют деталь или неразъемную сборочную единицу (ГОСТ 22954—78).
...
Партия продукции — совокупность единиц однородной продукции, обработанная одновременно или последовательно в течение определенного интервала времени в одних и тех же условиях (в соответствии с ГОСТ 15895—77).
...
Качество продукции — совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее
...
перехода закреплен технологическими связями со смежными элементами операции и не может выполняться обособленно; примеры переходов; нагрев, выдержка, охлаждение).
...
Вспомогательный переход — законченная часть (элемент) технологической операции, состоящая из действий исполнителя и (или) технологического оснащения, которые не сопровождаются изменением состояния и свойств предмета производства, но необходимы для осуществления технологического перехода.
...
Процесс— протекающее во времени физическое (физико-химическое) явление, изменение состояния; например, процессы нагревания, днффузии, фазового превращения, релаксации и т. п.
...
Технологический режим — нормированная совокупность температурно-вре-менных и иных условий воздействия на материал предмета производства при выполнении технологических операций.
...
Рис. 3. График для изображения сложных технологических маршрутов (приведенный пример — движение изделий при изготовлении прецизионных ходовых винтов кинематических передач винт — гайка качения)
...
Надежность технологической системы — свойство технологической системы находиться в работоспособном состоянии до установленной наработки (в соответствии с ГОСТ 22954—78).
...
Классификация процессов термической обработки стали и сплавов приведена иа рис. 4 *. Пояснения к позициям этой классификации, отмеченным звездочкой, даны ниже.
...
* Составлена иа основе рекомендаций по стандартизации Совета Экономической Взаимопомощи [Термическая обработка нежелезных (цветных) металлов и сплавов. Классификация. Терминология. Справочный материал. Термическая обработка стали. Классификация. Терминология. Обозначения] и некоторых других источников, с уточнениями по данным русской редакции международного терминологического словаря по технологии термической обработки.
...
Рис. 3. График для изображения сложных технологических маршрутов (приведенный пример — движение изделий при изготовлении прецизионных ходовых винтов кинематических передач винт — гайка качения)
...
Отжиг без использования фазовых превращений — отжиг, при котором, как правило, не происходит фазовых превращений (перекристаллизации), а если они имеют место, то не оказывают влияния на конечные результаты, предусмотренные его целевым назначением.
...
Отжиг промеокуточный — различные частные варианты отжига при субкрн-тических температурах, выполняемые с целью устранения наклепа, затрудняющего дальнейшее формообразование изделий методами обработки давлением.
...
Отжиг дорекристаллизационный упрочняющий — отжиг наклепанного металла или однофазного сплава при температуре ниже начала рекристаллизации с целью повышения предела упругости и прочностных свойств.
...
Отжиг на основе фазовых превращений полный (неполный) гетерогенизирую-щий — отжиг, например, с целью получения перлитной структуры после полной (соответственно — неполной) перекристаллизации.
...
Отжиг полный гомогенизирующий — отжиг, например, с целью измельчения зерна, устранения текстуры, получения равномерного распределения структурных составляющих.
...
Закалка с полиморфным превращением программированная — закалка со скоростью теплоотвода непрерывно регулируемой в соответствии с заданной про-
...
граммой ьо всем интервале температур охлаждении — с учетом распределения массы изделия, термокинетических характеристик материала и требуемых свойств.
...
Возврат после старения — закалка состаренного сплава при нагреве до температуры, превышающей температуру предшествующего старения с кратко-временной выдержкой и последующим быстрым охлаждением, с целью восстановления (возврата) закаленного состояния.
...
Закалка от субкритических температур — закалка с целью получения оптимального уровня и распределения остаточных напряжений, благоприятных для эксплуатационных свойств изделий; в качестве предварительной обработки — для уменьшения автодеформирования изделий после последующей закалки по обычному режиму.
...
Отпуск и старение — не существует единого термина для обобщенного видового обозначения процессов этой группы, отличающихся тем, что они применяются лишь в качестве второго этапа технологического процесса термической обработки; первый этап составляет закалка.
...
Отпуск высокий упрочняющий — отпуск, например, закаленных высоколегированных сталей, содержащих в структуре значительное количество остаточного аустенита, при котором осуществляется вторичное мартенситное превращение и (или) выделение высокодисперных специальных карбидои.
...
Старение без предварительной закалки — имеется в виду старение с целью повышения прочности и других свойств за счет распада пересыщенного твердого раствора, образовавшегося при ускоренном охлаждении непосредственно после литья или горячей обработки давлением.
...
Старение смягчающее (перестаривание) — старение при температуре или продолжительности, превышающих применяемые при полном старении, с целью дальнейшего развития соответствующих превращений и повышения пластичности, коррозионных свойств и пр.
...
Старение стабилизирующее — различные варианты старения с целью обеспечения длительного геометрического постоянства высокоточных изделий при сохранении требуемых прочностных свойств.
...
Циклическая термическая обработка — циклическое повторение комплекса кратковременных, как правило, термических операций, имеющее целью обеспечение длительного геометрического постоянства высокоточных изделий (см., например, ГОСТ 17535—77).
...
Классификация способов выполнения закалки — центральной операции многих технологических процессов термической обработки металлических материалов и изделий — приведена на рис. 5—7. В табл. 1—3 приведены классификационные данные о способах нагрева изделий при термической обработке, нагревательных и охладительных средах (подробнее см. в
...
Рис. 5. Схема технологических способов выполнения закалки
...
Рис. 6. Принципиальная классифииация технологических способов закалки в приспособлениях
...

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