Тема 1.6 Термическая и химическая обработка

Определение и классификация видов термообработки. Превращения в металлах и сплавах при нагреве и охлаждении. Виды термической обработки стали: отжиг, нормализация, закалка, отпуск. Поверхностная закалка. Дефекты термической обработки и методы их предупреждения. Определение и классификация основных видов химико-термической обработки. Цементация, азотирование. Ионное азотирование. Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами.

Начните изучение термической обработки металлов и сплавов с процессов, протекающих при охлаждении аустенита с различной скоростью. Разберите струк­туры, получающиеся при различной скорости охлаждения аустенита. Запомните, что перлит, сорбит и троостит - это двухфазные струк­туры, представляющие собой ферритно-цементитную смесь различ­ной степени дисперсности, они имеют пластинча­тое строение.

При большой скорости охлаждения диффузия углерода не успе­вает произойти, происходит только полиморфное превращение железа, поэтому из аустенита получается однофазная структура - мартенсит, который представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в Feα, он имеет игольчатое строение. Запом­ните, что чем больше скорость охлаждения аустенита, тем тверже получающиеся структуры.

Любая термическая обработка состоит из нагрева до заданной температуры, выдержки и охлаждения с заданной скоростью, поэто­му термическую обработку обычно выражают графически в коорди­натах температура - время. В зависимости от температуры нагрева и скорости охлаждения различают следующие основные виды терми­ческой обработки: отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Нужно точно знать цель и сущность каждого вида термической обработки, практику его проведения, а главное, какую структуру и свойства приобретает сталь в результате проведения каждого вида терми­ческой обработки.

При изучении процессов отжига разберите, в каких случаях какой метод отжига наиболее целесообразно применять, каким ста­лям дают полный и неполный отжиг. Отжиг на зернистый цементит (сфероидизацию) целесообразно применять для инструментальных и шарико­подшипниковых сталей, так как зернистые структуры имеют повы­шенную пластичность и детали при последующей закалке менее склонны к короблениям, меньше опасность появления трещин. Сле­дует разобраться в том, что целью отжига является получение максимальной вязкости и пластичности. При изучении процесса нормализации, прежде всего, тметьте разницу нормализацией и отжигом в их назначении и способе проведения процессов. Закалка является одним из наиболее важных видов термиче­ской обработки. При изучении закалки, прежде всего, отметьте, как выбирается температура нагрева в зависимости от содержания угле­рода в стали, почему доэвтектоидным сталям нельзя давать непол­ную закалку. Нужно знать охлаждающие среды и требования к ним. Следует иметь в виду, что при чрезмерном увеличении скорости охлаждения получаются большие внутренние напряжения, коробле­ния и могут быть трещины, поэтому, если можно получить мартен­сит при охлаждении в масле, не нужно деталь охлаждать в воде. Запишите, что называется прокаливаемостью стали и как на нее влияет критическая скорость закалки. Разберите основные методы закалки, применяемые на практике, и в каких случаях их целесо­образно применять. Разберите возможные виды брака при закалке.

В результате закалки в деталях всегда возникают внутренние напряжения в связи с резким охлаждением и фазовыми превраще­ниями. Для уменьшения напряжений, повышения вязкости, иногда для снижения твердости после закалки всегда следует отпуск. Боль­шей частью отпуск является окончательной термической обработ­кой, которая определяет конечную структуру, а значит и свойства деталей. Сделайте график зависимости механических свойств стали от температуры отпуска. Нужно хорошо знать температуры при различных видах отпуска, какая получается структура после каждо­го вида отпуска и для каких деталей обычно применяется низкий, средний или высокий отпуск. Наилучшим сочетанием между проч­ностью и вязкостью обладает сорбит отпуска, поэтому термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется, улучшением стали.

Детали, которые должны иметь твердость только на поверхно­сти, а сердцевина должна быть, вязкая или прочная, подвергаются поверхностной закалке. В результате поверхностной закалки увели­чивается также общая прочность деталей, так как увеличивается предел усталости. Разберите основные методы поверхностной за­калки стали. Основное внимание уделите закалке токами высокой частоты, так как она наиболее легко механизируется и автомати­зируется и дает наилучшие результаты, кроме того, генераторы можно устанавливать непосредственно в потоке механических цехов.

При изучении процессов химико-термической обработки нужно обращать внимание на температуру процесса, химический состав стали, особенно на процентное содержание углерода, для данного вида химико-термической обработки и на необходимость термиче­ской обработки до или после того или иного вида химико-термиче­ской обработки. Каждый вид химико-термической обработки имеет свою область применения, определенные достоинства и недостатки. Рассматривать их нужно именно с этой точки зрения и выписывать это в конспект.

При изучении цементации особое внимание обратите на газо­вую цементацию, как наиболее прогрессивный метод, который раз­решает наиболее полно осуществить механизацию и автоматизацию процесса. Обязательно запомните, что твердость поверхностного слоя после цементации получается только при последующей закалке, сердцевина остается вязкой, так как стали, с малым содер­жанием углерода практически не калятся.

Большим преимуществом азотирования является то, что твердость не снижается при повторных нагревах деталей и увеличивается сопротивление коррозии. Но азотирование - процесс очень дорогой и малопроизводительный, поэтому применять его следует только в тех случаях, когда никакая другая обработка не обеспечивает нужных свойств, например для деталей, которые подвергаются истиранию в условиях коррозии или для деталей, которые подвергаются истиранию и во время работы могут нагреваться. Нужно иметь представление о диффузионной металлизации хро­мом, алюминием и другими элементами, понимать принципиальное отличие диффузионного насыщения поверхности металлами от галь­ванических покрытий, а главное - назначение каждого метода.

После изучения этой темы нужно уметь правильно выбрать и обосновать термическую и химико-термическую обработку деталей в зависимости от условий их работы.

Литература: [1], с.120-170; [6], с.157-258.

Вопросы для самопроверки:

1. Какова цель и сущность термической обработки металлов?

2. Какова цель отжига?

3. Какие виды отжига существуют?

4. Что такое сфероидизация?

5. Какова цель закалки?

6. Что такое мартенсит?

7. Каков механизм образования мартенсита?

8. Для каких деталей применяется низкий, средний и высокий отпуск?

9. Каковы достоинства и недостатки азотирования перед другими видами химико-термической обработки?