Общие вопросы упрочнения металлов и сплавов

С целью обеспечения наиболее рациональных структуры и физико-механи- ческих свойств металлов и сплавов, применяемых для изготовления деталей информационных систем и других устройств, применяются методы их термической и химико-термической обработки.

5.9.1.Термическая обработка – совокупность операций нагрева, в выдержки и охлаждения металлов и сплавов с целью обеспечения заданных физико-механических свойств за счет изменения их внутреннего строения и структуры.

    Отжиг –операция нагрева металлов и сплавов на 50…60ºС выше темпера-туры рекристаллизации, выдержки при этой температуре и охлаждения с целью устранения их химической неоднородности (равновесной структуры) и снижения твердости (как правило, по всему обьему материала).

     Улучшение - заключается в медленном нагреве заготовки до температуры начала рекристализации материала, быстром охлаждении, последующем нагреве до 500…600º С, некоторой выдержки заготовки при этой температуре и медленном охлаждении; при этом структура материала становится более мелкозернистой и минимизируются внутренние напряжения, т. е. обеспечи-вается получение фазового и напряженного состояния близкое к равновесному и твердость по всему объему материала до 250…310 НВ.  

     Закалка объемная – заключается в нагреве до температуры несколко выше температуры рекристализации материала и быстром охлаждении (в воде, масле, соляных или щелочных водных растворах или других средах) с последующим среднетемператуным (450…550 ºС) или низкотемпературным отпуском (300… 400 ºС), т.е. нагревом в определенной среде заготовки, выдержки при этой температуре в течение нескольких часов и медленном его охлаждении. Обеспечивается высокая твердость заготовки по всему объему, но заготовка при этом за счет резкого изменения температуры при закалке может несколько искривится, материал приобретает повышенную хрупкость.

Закалка поверхностная (чаще всего токами высокой частоты – Т.В.Ч.) – заключается в быстром нагреве поверхности заготовки несколько выше темпе-ратуры рекристализации и быстром охлаждении в определенной среде (в воде, масле, соляных или щелочных водных растворах или других средах). При этом обеспечивается требуемая твердость поверностного слоя на глубину до 0,8…1,5 мм, а сердцевина заготовки сохраняет исходную вязкость.

После закалки, как правило, с целью уменьшения внутренних напряжений и формирования мелкозернистой структуры материала заготовки подвергают отпуску: среднему – нагрев до температуры 300…400° С и медленное охлаж-дение, что обеспечивает твердость до 35…54 НRC; низкому - нагрев до темпе-ратуры 150…250°С и медленное охлаждение, что обеспечивает твердость 56…64 НRC.

5.8.2. Химико-термическая обрабока (преимущественно низкоуглеродис-тых сталей и сплавов) – поверхностое насыщение заготовки, например, углеро-дом (этот процесс называют «цементация») или азотом и углеродом (нитроце-ментация), азотом (азотирование), бором (борирование), хромом (диффузионное хромирование), алюминием (алитирование) и др., обеспечивающих требуемое повышение твердости, износостойкости и, в некоторых случаях, коррозионной стойкости.  Из указанных методов химико-термической обработки наибольшее применение находят цементация, нитроцементация и азотирование.

Цементация, нитроцементация и азотирование производится в специальных средах, содержащих насыщаемые элементы, при довольно высоких температу-рах – цементация (насыщение С) при t ≈ 930…950º С, нитроцементация и цианирование (насыщение СN) - t ≈ 830…930ºС, азотирование  (насыщение N) - t ≈ 500…600ºС. Твердость поверхностного слоя (глубиной до 1,2…1,5мм) после

цементации, нитроцементации и цианирования и закалки достигает HRC 55…

64, азотированного слоя (глубиной 0,1…0,5мм) – HV 700…900.

5.8.3.Основные технологические свойства материалов:

 – штампуемость - способность материала изменять свою форму при штам-повке – гибке, вытяжке, сжатии, резке – без образовании трещин, разрывов, расслоений;

– свариваемость – способность материалов образовывать неразъемные

соединения на уровне межатомных связей с требуемыми технологическими характеристиками;

– паяемость – способность материала образовывать паяные соединения на уровне химических связей с требуемой прочностью, герметичностью, элект-ропроводностью;

– склеиваемость – способность материала образовывать соединения деталей клеевым составом с образованием сил адгезии (сцепления) затвердевающего клея с сопрягаемыми поверхностями деталей требуемой прочности;

– плотность – количество материала в единице объема (кг/м³).

– вязкость жидких материалов (явление вну́треннего тре́ния – в виде сил межмолекулярного взаимодествия) – свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Силы вязкого трения при движении какого либо тела в жидкой среде (силы сопротивления среды) зависят от формы тела, скорости движения и физических свойств среды: вязкости, плотности, температуры. Чем больше вязкость среды, тем больше сила трения при прочих одинаковых условиях. Вязкость жидкости проявляется быстротой (скоростью) перемещения слоёв.

Из основных физико-механических свойств материалов, которые будут

нами использоваться в расчетах, можно назвать:

- предел прочности или временное сопротивление разрыву σ_в МПа;

- предел* текучести σ_т (напряжения, возникающие в сечении материала при его пластической деформации (растяжении или кручении) и неизменной нагрузке), МПа;

- предел* усталости (напряжения, возникающие в сечении в результате длительного действия переменных нагрузок, результатом которых является возникновение микро- и макротрещин и нарущение целостности сечения) на изгиб σ_-1 и кручение τ_-1 (МПа);

  *предельные значения напряжений, превышение которых может вызвать

    нарушение работоспособности элемента детали.

- твердость по Бриннелю (записывается НВ…; рекомендуется применять до твердости ≤ НВ 450), Роквеллу (по шкале С в диапазоне НRC 20…67 и записывается HRC…), Викерсу (в диапазоне HV 240…900 и записывается HV…), микротвердость (с указанием нагрузки на алмазную пирамиду а = 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 10, 20, 50 н и записывается Н_а …. с указанием размерности H/мм²); примерный перевод твердости – HRC ≈ HB/10,35, HV ≈ HB/0,95;

- относительное удлинение (δ, % - δ = 100%·(ι_к – ι_o)/ ι_o, где ι_к – длина расчетной части образца в момент его разрыва, ι₀ – начальная длина участка образца).

- плотность γ, кг/м³ (г/мм³).

Видеофильмы: http://www.youtube.com/watch?v=...

1…AMXbJOPJ49c-Термообработка.

2…q1HlQrBLDDw-Теория термообработки стали.

3…BPEP5CrJxrY-Термообработка – главное звено прочности.

    Вопросы для самоподготовки:

1.Приведите перечень материалов, применяемых для изготовления деталей

приборов и приборных комплексов

2.Какие факторы оказывают влияние на выбор цветных легких сплавов для

производства деталей различных информационных устройств летательных

аппаратов?

3.Назовите основные физико-механические свойства материалов.

4.С какой целью производятся методы термической и химико-термической

обработки деталей различных устройств?

5.Какие параметры материалов деталей изменяются после термической и

химико-термической обработки?

6.Сущность термической обработки материалов?

7.Сущность химико-термической обработки деталей?

8.Назовите основные технологические свойства машиностроительных   

материалов.