Термическая обработка металлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Сохраняется ли наклеп металла, если пластическая деформация осуществляется при температуре выше температуры рекристаллизации? Дайте подробное объяснение

Наклеп, изменение структуры и свойств металлов и сплавов в результате пластической деформации. Наклеп возникает при вытяжке, холодной прокатке металла, штамповке и т. д. При наклепе уменьшаются пластичность и ударная вязкость, но повышаются твёрдость и прочность. Используется для поверхностного упрочнения деталей. В тех случаях, когда наклеп вреден, его устраняют отжигом.

Если пластическая деформация осуществляется при температуре выше Тр, то наклёпа нет. Эта деформация называется горячей пластической деформацией.

Известно, что холодная пластическая деформация металла вызывает его упрочнение (явление наклепа) вследствие измельчения зерна, искажения кристаллической решетки и повышения плотности дефектов решетки (дислокаций). Однако если пластическая деформация осуществляется при высокой температуре, то упрочнение металла, вызванное пластической деформацией, снимается одновременно протекающим процессом рекристаллизации. Рекристаллизация является диффузионным процессом, а следовательно, зависит от температуры, времени и напряжений, создаваемых дефектами кристаллической решетки, при этом дислокации существенно облегчают диффузионные процессы. При рекристаллизации на границах старых деформированных зёрен возникают и развиваются новые равновесные зёрна.

Рост новых зёрен сопровождается снятием (частичным) искажения кристаллической решетки и снижением плотности дислокаций. Благодаря этому исходные свойства металла (не термоупрочненного) восстанавливаются. Упрочнение, вызванное горячей пластической деформацией, может быть сохранено при быстром охлаждении до температуры ниже температуры рекристаллизации (Т_рекр. = 0,3...0,4Т_плавл).

Если сталь деформирована при температуре, когда ее структура аустенит, то последующее быстрое охлаждение позволяет осуществить термическое упрочнение (закалку) с образованием мартенсита. Такая структура особо мелкодисперсна и наследует высокую плотность дислокаций деформированного аустенита. Рекристаллизация термоупрочненных сталей снимает не только горячий наклеп, но и дислокации, возникшие при закалке. Горячие деформационные процессы с термоупрочненными сталями возможны только, когда имеет место сочетание горячей пластической деформации с последующим быстрым охлаждением (без задержки после завершения высадки) до температуры самоотпуска, но ниже температуры рекристаллизации. В этом и заключается сущность процесса высокотемпературной термомеханической обработки стали (ВТМО).

2. Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы. Опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,7 % С. Какова структура этого сплава и как этот сплав называется?

А - АУСТЕНИТ (по имени англ. металлурга У. Робертса-Остена) - структурная составляющая системы железо-углерод - твердый раствор углерода в ?-железе. Характерная особенность А. - в железоуглеродистых сплавах он может существовать только при высоких температурах. А. пластичен и имеет среднюю твердость.

П - ПЕРЛИТ (от франц. рег1е - жемчуг) - структурная составляющая системы железо-углерод - механическая смесь феррита и цементита, образующаяся при распаде аустенита (эвтектическая смесь феррита и цементита).

Ф - ФЕРРИТ - твердый раствор углерода в ? - железе. Практически Ф. - это технически чистое железо, имеющее низкую твердость и прочность и высокую пластичность, которое хорошо штампуется, прокатывается, протягивается в холодном состоянии. Чем больше Ф. в железоуглеродистых сплавах, тем они пластичнее.

Ц - ЦЕМЕНТИТ - структурная составляющая системы железо-углерод карбид железа Fе₃С - химическое соединение железа с углеродом. Содержит 6,6% углерода; имеет высокую твердость и практически нулевую пластичность; в определенных условиях может распадаться, выделяя свободный углерод в виде графита.

Л - ЛЕДЕБУРИТ.

Правило отрезков.

Для определения состава твёрдой и жидкой фазы какой-то точки необходимо провести коноду. Для определения количественного состава фаз в сплаве нужно брать отрезки на коноде обратно расположению фаз на диаграмме. Q относится как к Qспл, что Q/Qcпл = lk/ls, а Qж/Qспл= ks/ls.

Правило фаз: В изолированной равновесной системе число фаз плюс число степеней свободы равно числу компонентов плюс 2

С + Ф = k + 2

т. к. условием равновесия является равенство химических потенциалов, а значение их не зависит от количества фазы, то и равновесие в системе не зависит от количества фазы. Если какой-то параметр, характеризующий систему остается постоянным, то число переменных уменьшится на единицу и правило фаз запишется в виде:

С + Ф = k + 1

Число степени свободы уменьшится в этом случае на единицу. В таком виде правило фаз применяется при изучении диаграммы состояния систем, образованных практически нелетучими веществами. Влияние давления на эти системы невелико и его принимают за постоянную величину.

Пример: диаграмма плавкости нелетучих металлов при атмосферном давлении. Компонентов - 2 (Fе, С). Состав фаз зависит только от температуры и определяется при каждой температуре проведением горизонтальных линий на диаграмме до пересечения ее с соответствующей граничной кривой. При 1300° С начинается выпадение аустенита. При 1147° С сплав приобретает ледебуритно-аустенитно-цементитную структуру, при 727°С аустенит переходит в перлит. При комнатной температуре сплав имеет ледебуритно-перлитно-цементитную структуру и представляет собой доэвтектический чугун.

металл железо рекристаллизация

3. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска зенкеров из стали У12А. Опишите сущность происходящих превращений. Микроструктуру и твердость инструментов после термической обработки

Термическая обработка стали разделяется на закаливание, отпуск и отжиг. Закаливание стали применяется для повышения ее твердости. Мягкие малоуглеродистые стали не закаливаются, углеродистые и инструментальные стали увеличивают свою твердость при закалке в три-четыре раза. Процесс закаливания состоит в нагревании стали примерно до температуры 820° С и быстром охлаждении в масле или воде:

Конструкционные стали подвергают закалке и отпуску для повышения прочности и твердости, получения высокой пластичности, вязкости и высокой износостойкости, а инструментальные - для повышения твердости и износостойкости.

Верхний предел температур нагрева для заэвтектоидных сталей ограничивается, так как приводит к росту зерна, что снижает прочность и сопротивление хрупкому разрушению.

Основными параметрами являются температура нагрева и скорость охлаждения. Продолжительность нагрева зависит от нагревательного устройства, по опытным данным на 1 мм сечения затрачивается: в электрической печи - 1,5...2 мин.; в пламенной печи - 1 мин.; в соляной ванне - 0,5 мин.; в свинцовой ванне - 0,1 ...0,15 мин. По температуре нагрева различают виды закалки: - полная, с температурой нагрева на 30...50°С выше критической температуры А₃

Т_н=.А₃, + (30...50)°С

Применяют ее для доэвтектоидных сталей. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении происходят по схеме:

Неполная закалка доэвтектоидных сталей недопустима, так как в структуре остается мягкий феррит. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении происходят по схеме:

Отпуск является окончательной термической обработкой.

Целью отпуска является повышение вязкости и пластичности, снижение твердости и уменьшение внутренних напряжений закаленных сталей.

С повышением температуры нагрева прочность обычно снижается, а пластичность и вязкость растут. Температуру отпуска выбирают, исходя из требуемой прочности конкретной детали.

Низкий отпуск с температурой нагрева Т_н = 150...300°С.

В результате его проведения частично снимаются закалочные напряжения.

Получают структуру -мартенсит отпуска.

Список литературы

1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1990. - 528 с.: ил.

2. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов - Изд. «Металлургия», 1977. - 315с.

3. Арзамасов Б.Н. Материаловедение: учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макаров, Г.Г. Мухин и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина - 3-е изд., стереотип. - М.: Изд. МГТУ им. Баумана, 2002. - 648 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru