Презентация к уроку на тему: Закалка стали

Слайд 1

Закалка .

Слайд 2

Закалка . Закалка – нагрев стали до температуры выше критической, выдержка и быстрое охлаждение. Цель закалки – получение неравновесной структуры стали.

Слайд 3

Поверхностная закалка стали . Для получения большой твердости в поверхностном слое детали с сохранением вязкой сердцевины применяют поверхностную закалку. Поверхностные методы закалки могут быть различными: В расплавленных металлах или солях; Пламенем ацетилено-кислородной горелки; Лучом лазера (лазерная закалка) Электротоком, инициируемым в поверхностных слоях детали – индукционная или высокочастотная закалка. Сущность любого способа поверхностной закалки состоит в том, что поверхностные слои детали быстро нагреваются выше критических точек и создается резкий градиент температур по сечению. Если нагрев прервать и провести быстрое охлаждение, то слой металла, нагретый выше А С3 получит полную закалку, между А С3 и А С1 – неполную закалку, а ниже А С1 закалки не получит. Нагрев выше А С3 – явление обычное при всех способах поверхностной закалки, однако это не обязательно приводит к перегреву. Это связано с кратковременной выдержкой при нагреве.

Слайд 4

Высокочастотная закалка . Электрический ток, проходя по детали, как по проводнику, встречает сопротивление, в результате чего деталь нагревается. Количество тепла можно подсчитать по формуле: Q = 0,239 x 4,184 J 2 R  R – сопротивление  — время воздействия тока J — сила тока Изменяя силу тока, можно получить любое количество тепла , любую температуру и скорость нагрева вплоть до оплавления поверхности детали. Это метод прямого пропускания тока через деталь. Наиболее распространенное применение получил метод нагрева в индукторе, известный как нагрев токами высокой частоты. Представим себе проводник электрического тока в виде медной трубки, свернутой в незамкнутое кольцо. Внутрь такого кольца вставили металлический стержень так, чтобы он не касался трубки.

Слайд 5

Высокочастотная закалка . Если теперь концы трубки включить в цепь переменного тока высокой частоты, то появится переменное магнитное поле такой же частоты. Силовые линии поля будут пронизывать стержень, благодаря чему в нем возникнет переменный ток высокой частоты. Это так называемые токи Фуко. Такой способ наведения переменного тока в проводнике без непосредственного включения его в электрическую цепь называется электромагнитной индукцией, а медная трубка – индуктором. Метод разработан в 50-е годы в СССР Вологдиным В.П. Форма индуктора должна соответствовать форме детали, при этом необходимо соблюдать постоянный зазор между трубкой и деталью. Все основные преимущества метода поверхностной высокочастотной закалки заключаются в характере распределения тока высокой частоты по сечению изделий. Основная часть (85%) индуктированного тока сосредоточена на глубине  :

Слайд 6

Высокочастотная закалка . Для того, чтобы осуществить наибольшую возможную скорость нагрева, необходимо выбирать частоту тока так, чтобы глубина проникновения была равна или близка к толщине закаленного слоя. Таким образом. частота тока является важнейшим параметром при высокочастотной закалке: Частота тока, гц Глубина проникновения тока, мм 10 8 0,0022 106 0,02 10 5 0,07 10 4 0,2 Вторым важным фактором является выбор способа закалки . В настоящее время наиболее широко применяются два способа закалки: Единовременная закалка , когда нагревается и охлаждается вся поверхность изделия. Непрерывно- последовательная закалка, когда нагреву подвергается лишь небольшой участок поверхности, затем другой участок по мере продвижения изделия в индукторе. Охлаждение также производится последовательно.

Слайд 7

Фазовые превращения при индукционном нагреве . Важнейшие особенности фазовых превращений при нагреве ТВЧ: Фазовые превращения протекают одновременно во всем нагреваемом слое, так что к моменту закалки температура по всему слою практически одинакова. — уменьшается опасность перегрева; — одинаковые структура и свойства во всем закаленном слое; При большой скорости нагрева фазовые превращения, кинетика которых определяется рядом диффузионных процессов, смещается в область более высоких температур. Степень превышения над А C3 , взятой по диаграмме состояния, находится в прямой зависимости от скорости нагрева. При скорости нагрева 120 0 /с стали с содержанием углерода 0,75% полное его растворение в аустените произойдет при 920 0 С вместо 780 по диаграмме состояния. Перлито-аустенитное превращение происходит не при одной неизменной температуре А С1 , а в температурном интервале, величина которого тем больше, чем выше скорость нагрева. При обычном медленном нагреве аустенит в конце превращения содержит больше углерода, чем исходный феррит. При быстром индукционном нагреве, когда подается большее количество тепла, чем это требуется для образования аустенита, металл может быть нагрет до температуры полиморфного превращения (910 0 С) раньше, чем перлит успеет превратиться в аустенит. В этих условиях может произойти превращение феррита в малоуглеродистый аустенит. Таким образом, при индукционном нагреве появляется возможность смещения температур окончания превращения П  А в область температур, выше температуры полиморфного превращения.

Слайд 8

Влияние термического режима высокочастотной закалки на структуру и свойства стали. Объективные параметры индукционного нагрева стали – температура закалки и скорость нагрева в области фазовых превращений находятся экспериментальным путем индивидуально для каждого вида изделия, а затем распространяются на всю группу изделий. Общие закономерности таковы: Чем крупнее элементы исходной структуры (размер зерна феррита, размер колоний перлита), тем грубее образующаяся структура. Чем выше скорость нагрева, тем ниже твердость поверхности изделия после закалки. Чем выше температура нагрева, тем ниже прочностные свойства стали. .

Слайд 9

. Лазерная закалка С начала восьмидесятых годов появилась возможность использовать луч лазера для нагрева стальных образцов. По расчету при различной фокусировке луча можно было нагревать поверхность образца с такой же высокой скоростью до любых температур, вплоть до температуры плавления стали. Нагрев нижележащих слоев металла осуществлялся за счет теплопередачи с гораздо меньшей скоростью. При лазерном нагреве основная часть металлического образца остается холодной, то есть скорость охлаждения нагретого участка также очень высокая, поэтому происходить закалка на мартенсит .

Слайд 10

. Фазовые превращения при лазерной закалке Одной из отличительных черт лазерного нагрева являлось подавление диффузионных процессов перераспределения атомов углерода в аустените в связи с кратким временем пребывания металла при высоких температурах. Механизм образования аустенита при лазерном нагреве зависит от исходной структуры стали. Поэтому при нагреве доэвтектоидных сталей с феррито-перлитной структурой образовывалась неоднородная структура, состоящая из участков высокоуглеродистого мартенсита и участков малоуглеродистого феррита. Эти два типа участков очень сильно различались по твердости . Это различие сохранялось вплоть до температур плавления, по этой причине стали с феррито-перлитной структурой не подвергаются лазерной закалке.

Слайд 11

. Фазовые превращения при лазерной закалке При лазерном нагреве сталей с мартенситной или бейнитной структурой происходит ориентированное образование аустенита, сопровождающееся воспроизведением величины, формы и ориентации первоначальных зерен аустенита. Этот эффект структурной наследственности проявляется при лазерном нагреве более широко, чем при обычном нагреве. В связи с этим формируется более однородная структура структура стали и твердость закаленной стали практически одинакова по всей зоне воздействия лазерного пучка.

Слайд 12

. Поверхностное упрочнение стали Повышение прочности режущего инструмента осуществляется путем формирования термостабильного покрытия толщиной 20-300 мкм, что достигается обработкой среднеэнергетической стимулированной плазмой. В зависимости от состава катода могут быть сформированы многослойные покрытия. Ионно-плазменная обработка – это разновидность химико-термической обработки поверхностного слоя инструмента, обеспечивающая диффузионное насыщение его азотом и углеродом в азото-водородной плазме при температуре 200 – 600 0 С.

Слайд 13

Спасибо за внимание! .

nsportal.ru

Презентация по основам материаловедения «Термическая обработка металлов и сплавов»

Термическая обработка металлов и сплавов

Немного истории

Еще в древние времена мастера кузнецких дел использовали самые примитивные методы закалки. Для этого раскаленный кусок железа погружали в воду, масло или вино. Но время шло, и вместе с опытом развивались и способы закаливания металла.

В начале XIX века хрупкий чугун помещали в емкость со льдом и засыпали сахаром. После процесса нагревания продолжавшегося в течение 20 часов, чугун становился мягким и легко поддавался ковке.

Середина XIX века знаменательна тем, что русский изобретатель металлург Д. К. Чернов совершил выдающееся открытие. Он установил, что при смене температуры металл изменяет свои свойства. Это открытие стало началом научной металлографии.  

Термическая обработка- это

— совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счёт изменения внутреннего строения и структуры .

К основным преимуществам термообработки можно отнести :

— повышение износостойкости, а значит продление срока годности изделий из обработанного металла;

— значительное уменьшение процента бракованных изделий;

— экономия средств и ресурсов на производстве в результате повышения прочности и улучшения качественных характеристик деталей промышленного оборудования.

Термическая обработка (термообработка) приводит к существенным изменениям свойств металлов и сплавов. Химический состав металла не изменяется. Время нагрева зависит от типа печи, размеров изделий, их укладки в печи; время выдержки зависит от скорости протекания фазовых превращений.

 

• При нагреве и охлаждении стали происходят фазовые превращения, которые характеризуются температурными критическими точками.
• Принято обозначать критические точки стали буквой А. Критические точки А1 лежат на линии PSK ( 727 °С)  диаграммы железо-углерод  и соответствуют превращению перлита в аустенит.
• Критические точки А2 находятся на линии МО ( 768 °С), характеризующей магнитное превращение феррита. A3 соответствует линиям GS и SE, на которых соответственно завершается превращение феррита и цементита в аустенит при нагреве.
• Для обозначения критических точек при нагреве и охлаждении вводят дополнительные индексы: букву «с» в случае нагрева и «r» в случае охлаждения, например Ас1,  Ac3, Ar1, Ar 3.

Оборудование для термообработки

• Поточная линия для термообработки.
• Печи для термообработки

Виды термической обработки

Отжиг

Нормализация

Закалка

Отпуск

О́тжиг — это

вид термической обработки , заключающийся в нагреве на 30—50 °C выше верхней критической точки , выдержке в течение определенного времени при этой температуре и последующем, медленном, охлаждении в печи до комнатной температуры.

Цели отжига: 

• снижение  твёрдости  для облегчения механической обработки,
• улучшение микроструктуры и достижение большей однородности металла,
• снятие внутренних напряжений.

НОРМАЛИЗАЦИЯ

• Изделие нагревают до аустенитного состояния (на 30…50 градусов выше АС3), выдержка и охлаждают на спокойном воздухе.

Цели нормализации:

• сталь приобретает мелкозернистую, однородную структуру.
• Твердость, прочность стали после нормализации выше на 10-15 %, чем после отжига.

-обеспечение большей производительности и лучшего качества поверхности при обработке резанием.

Зака́лка  — это

вид термической обработки материалов, заключающийся в их нагреве выше  критической точки  (температуры изменения типа кристаллической решетки), выдержкой и последующим быстрым охлаждением в воде или масле .

ЦЕЛИ ЗАКАЛКИ:

получение стали с высокими твердостью, прочностью, износостойкостью и другими свойствами. 

При термической обработке стали возможно получение следующих структурных составляющих:

Мартенсит  представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α – железе. Различают мартенсит закалки и мартенсит отпуска. Мартенсит закалки получается непосредственно после закалки и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. При рассмотрении микроструктуры закаленной стали на темном фоне аустенита мартенсит виден в виде светлых игл.

Троостит – механическая смесь высокодисперсных частиц цементита и феррита. При закалке троостит является продуктом распада аустенита, а при отпуске – продуктом распада мартенсита. Частицы цементита в троостите неразличимы под обычным отечественным микроскопом даже при самом сильном увеличении (2000 раз).

Сорбит – механическая смесь цементита и феррита, но более грубого строения, чем троостит. Частицы цементита в сорбите крупнее, чем в троостите, и различимы под микроскопом при увеличении более 500 раз. Различают сорбит закалки и сорбит отпуска – зернистая.

Структурные составляющие.

О́тпуск  .

Для этого изделие подвергается нагреву в печи до температуры от 150—260 °C до 370—650 °C с последующим медленным остыванием на воздухе.

Цель: получение более высокой  пластичности  и снижения  хрупкости  материала при сохранении приемлемого уровня его  прочности  после закалки.

Низкотемпературный отпуск

• Проводят при температурах до 250 °C.  Закалённая сталь  сохраняет высокую износостойкость, однако такое изделие (если оно не имеет вязкой сердцевины) не выдержит высоких динамических нагрузок.

Получаемая структура МОТП или МОТП + ЦII (мартенсит отпуска + цементит вторичный).

Такому отпуску подвергают режущие и измерительные инструменты из углеродистых и низколегированных сталей.

Среднетемпературный отпуск

• Проводят при температурах 350—500 °C.
• Охлаждение после отпуска проводят при температурах 400—500 °C в воде, 
• Получаемая структура – ТОТП (троостит отпуска).

Применяют, главным образом, для пружин и  рессор , а также для штампов.

Высокотемпературный отпуск

• Проводят при температурах 500—680 °C. При этом остаётся высокая прочность и  пластичность , а также максимальная вязкость.
• Структура – СОТП (сорбит отпуска).

Высокому отпуску подвергают детали, воспринимающие ударные нагрузки ( зубчатые колёса , валы).

multiurok.ru

Презентация к уроку по технологии на тему: Термическая обработка

Слайд 1

Термическая обработка металлов. Разработал учитель технологии высшей категории, Почетный работник Начального Профессионального Образования Российской Федерации МБОУ «СОШ № 7» г. Калуги Герасимов Владислав Александрович

Слайд 2

Определение (записать в тетрадь). Термической обработкой называется совокупность операций на­грева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутрен­него строения и структуры.

Слайд 3

Термическая обработка. Термическая обработка используется либо в ка­честве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием, либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень свойств детали.

Слайд 4

Термическая обработка . Общая длительность нагрева металла при термической обработке складывается из времени собственно нагрева до заданной температуры и времени выдержки при этой температуре. Время нагрева зависит от типа печи, размеров деталей, их укладки в печи;

Слайд 5

Виды термической обработки

Слайд 6

Отжиг. Отжиг — вид термической обработки металлов и сплавов , заключающийся в нагреве до определённой температуры, выдержке и последующем, обычно медленном, охлаждении. (записать в тетрадь) При отжиге осуществляются процессы возврата ( отдыха металлов ), рекристаллизации и гомогенизации . Цели отжига — снижение твёрдости для повышения обрабатываемости, улучшение структуры и достижение большей однородности металла, снятие внутренних напряжений

Слайд 8

Зака́лка. Зака́лка — вид термической обработки материалов (металлы, их сплавы, стекло), заключающийся в их нагреве выше критической температуры (записать в тетрадь) (температуры изменения типа кристаллической решетки, т. е. полиморфного превращения, либо температуры, при которой в матрице растворяются фазы, существующие при низкой температуре), с последующим быстрым охлаждением

Слайд 9

Зака́лка.

Слайд 10

О́тпуск металла. ОТПУСК металлов это термическая обработка закаленных сплавов (главным образом стали) — нагрев (ниже нижней критической точки), выдержка и охлаждение . (записать в тетрадь) Цель — оптимальное сочетание прочности, пластичности и ударной вязкости. Отпуск проводят с целью получения более высокой пластичности и снижения хрупкости материала при сохранении приемлемого уровня его прочности. Для этого изделие подвергается нагреву в печи до температуры от 150—260 °C до 370—650 °C с последующим медленным остыванием .

Слайд 11

Отпуск производят в печах шахтного типа, применяя при этом как воздушную среду, так и жидкие среды (масло, селитра и др.).

Слайд 12

О́тпуск металла. Низкотемпературный отпуск проводится при температуре до 250 °С. Как правило, такому виду отпуска поддаются режущие и измерительные инструменты , изготовленные из низколегированных и углеродистых сталей. (записать в тетрадь)

Слайд 13

О́тпуск металла. Среднетемпературный отпуск проводится при температуре 350-500 °С. Используется для термообработки пружин и рессор, а также для штампов. Среднетемпературный отпуск позволяет обеспечить достаточно высокие показатели упругости, выносливости и стойкости. Охлаждение после отпуска проводится в воде при температурах 400-500 °С , после чего возникают сжимающие остаточные напряжения, увеличивающие предел выносливости пружин. (записать в тетрадь)

Слайд 14

О́тпуск металла. Высокотемпературный отпуск проводят при температурах 500—680 °С. В ходе высокотемпературного отпуска сохраняется высокая прочность, пластичность, а также максимальная вязкость. Высокотемпературному отпуску подвергаются детали, попадающие под ударные нагрузки — зубчатые колеса или валы . (записать в тетрадь)

Слайд 15

Библиография И. И. Новиков. Термическая обработка А. П. Гуляев. Металловедение Суперсплавы II, Москва, «Металлургия», 1995 А. Ю. Маламут. Термопечи, Москва, 2010.

nsportal.ru

Презентация к уроку на тему: Термическая обработка сталей

Виды термической обработки стали
Изделие нагревают с такой скоростью, чтобы оно прогревалось равномерно по всей толщине, так как при неравномерном и быстром нагреве могут возникать напряжения в металле, которые приведут к образованию трещин.
Выдержка
при температуре отжига дается для полного завершения всех изменений в структуре стали. Изделие после выдержки охлаждают медленно,
вместе с печью
. Чем больше углерода в стали, тем медленнее следует ее охлаждать.
Виды термической обработки стали
Сталь различного состава при одинаковом режиме закалки имеет неодинаковую толщину закаленного слоя. В изделиях большой толщины скорость охлаждения внутренних и поверхностных слоев различна.
Способность стали закаливаться на большую или меньшую глубину называется
прокаливаемостью
.
Наименьшей
прокаливаемостью
обладают углеродистые стали.
Сущность
термической обработки
Основы термической обработки металла заложены в конце
XIX
века русским металлургом Д.К.Черновым. Наблюдая изменения, происходящие о внутреннем строении стали при ее нагревании и охлаждении, Чернов пришел к выводу, что эти изменения можно использовать в практических целях и управлять ими. Устанавливая режим нагревания и охлаждения, можно тем самым изменять некоторые свойства металлов.
Виды термической обработки стали
ОТЖИГ
заключается в
нагревании
изделия до определенной температуры,
выдержки
при этой температуре и
медленном охлаждении
. Отжиг улучшает обрабатываемость стали, снимает внутренние напряжения, возникающие от неравномерного охлаждения заготовок при ковке, сварке и литье.
Выбор температуры нагрева при отжиге зависит от марки стали, формы и размеров изделия и от цели отжига.
Виды термической обработки стали
Скорость охлаждения зависит от охлаждающей среды. Распространенной охлаждающей жидкостью является вода. Кроме воды, для охлаждения при закалке применяют ряд растворов, масло, расплавленный свинец и др. Выбор охлаждающей среды зависит от содержания углерода в стали. Сталь, содержащая углерода 0,9%, требует наименьшей скорости закалки. Стали Ст.1, Ст.2, Ст.3, 10 и 15 закалки не подвергают. Легированные стали закаливают маслом.
Закалку применяют для повышения твердости, прочности и износостойкости.
Для предупреждения трещин и коробления длинные изделия (зубила, сверла) следует погружать в охлаждающую жидкость вертикально, а после погружения перемещать вверх и вниз.
Термическая обработка стали
Преподаватель Парыгина Л.В
.
Обработка холодом
Чтобы повысить механические свойства стали ее
обрабатывают холодом
. Сталь охлаждают в специальных холодильных установках до температуры от -20 до -100 с выдержкой около 1,5 часов. Охлаждающими жидкостями являются: жидкий воздух, азот, смесь твердой углекислоты с денатурированным спиртом.
После выдержки производят отпуск. В результате такой обработки твердость изделия значительно повышается, улучшается его износоустойчивость.
Обработку холодом
применяют главным образом для режущих инструментов.
Сущность термической обработки
Температуру нагрева изделия можно также определить по цветам побежалости и каления. При нагревании защищенного изделия на его поверхности образуется пленка окисла.
При увеличении температуры и длительности нагрева толщина слоя пленки возрастает и цвет ее изменяется. Цвета окисных пленок на стальных изделиях при нагревании от
220⁰
до
350⁰
называются
цветами побежалости.
При нагревании стали выше
530⁰
сталь начинает светиться. С повышением температуры свечение стали меняется. Цвета, принимаемые сталью при нагревании выше
530⁰,
называются
цветами каления.
Виды термической обработки стали
3)
ЗАКАЛКА
– заключается в нагревании стального изделия до определенной температуры, выдержки и
быстром

охлаждении.
Цель закалки состоит в том, чтобы зафиксировать при более низкой температуре высокотемпературные структурные составляющие или продукты их распада.
Сущность термической обработки
Режим нагревания, выдержки и охлаждении зависит от того, из какой марки получено изделие, формы и размеров изделия и других причин.
Чтобы избежать брака при термообработки и добиться определенного режима, необходимо регулировать температуру нагрева изделия. Наблюдение за температурой в нагревательных печах ведут при помощи термопар и гальванометра.
Виды термической обработки стали
Термическую обработку легированных сталей производят с учетом влияния легирующих элементов (хрома, никеля, марганца и т.д.). Скорость охлаждения легированных сталей ниже, чем углеродистых.
Виды термической обработки стали
2)
НОРМАЛИЗАЦИЯ
— это отжиг, при котором охлаждение происходит на
воздухе.
После нормализации сталь имеет более
мелкорзернистую
структуру, более высокую прочность и твердость, чем после отжига, но меньшую пластичность.
Сущность термической обработки
Термическая обработка
стали основана на свойстве металлов изменять свою структуру при нагревании и охлаждении. Путем термической обработки стали можно придавать ей различные свойства: сделать стальное изделие хрупким и твердым или, наоборот, мягким и пластичным.
Термическая обработка
стали заключается в нагревании изделия или заготовки до определенной температуры, некоторой выдержки при этой температуре и последующим охлаждении с определенной скоростью.
Виды термической обработки стали
При затвердевании стали происходит
ликвация
– неравномерное распределение химических элементов, составляющих сталь, по всему объем у изделия.
Это приводит к различию свойств стали в разных частях слитка или изделия.
Для устранения
ликвации
производят диффузионный отжиг путем нагрева изделия до
1000⁰-1050⁰
с длительной (не менее 10 ч.) выдержкой. При этом химический состав стали выравнивается.
Виды термической обработки стали
4)
ОТПУСК
– заключается в нагреве закаленной стали до определенной температуры (ниже 723), выдержке при этой температуре и охлаждении; проводится сразу после закалки.
Закалка и последующий отпуск
при высокой температуре называют
термическим улучшением.
При этом механические свойства стали становятся наиболее высокими.

nsportal.ru

Термическая обработка сталей и чугунов — презентация на Slide-Share.ru

Лекция (2 часа) Михайловская А.В.

Может сочетаться с: Деформационным Химическим Магнитным и др. воздействием Основные виды термической обработки металлов и сплавов

Отжиг сталей ( отжиг 2-го рода ) – это термическая обработка, при которой главными процессами являются аустенизация с последующим перлитным превращением 1 – полный отжиг; 3 – сфероидизирующий отжиг; 2 – неполный отжиг; 4 – нормализация

20 – 40 К выше точки A с 3 Структура доэвтектоидной стали после отжига состоит из избыточного феррита и перлита. а — видманштеттова структура литой доэвтек- тоидной стали б — после полного отжига  100 Основные цели полного отжига : устранение пороков структуры (, возникших при литье, горячей деформации, сварке и термообработке ( крупнозернистость и видманштеттов феррит), смягчение стали перед обработкой резанием уменьшение остаточных напряжений Новиков и др. Металловедение

Температура отжига: Выше Ac 1, но ниже Ac 3 Используют для смягчения доэвтектоидной стали перед обработкой резанием, так как в результате эвтектоидного превращения при неполном отжиге образуется мягкий перлит. Позволяет: экономить время снизить стоимость обработки. Не устраняет пороков структуры

740 – 780 °C + медленное охлаждение Образуется структура зернистого перлита — сферодита Для заэвтектоидных сталей используют термин « интервал отжигаемости » 0.09-0.1 С = 740 – 750 °C 0.11-0.13 = 750 – 780 °C Структура зависит от: скорости охлаждения температуры отжига

30 – 50 К выше линии GSE Образуется в структуре квазиэвтектоид Под нормализацией понимают такую термическую обработку стали, при которой охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита в температурном интервале перлитного превращения.

Ускоренное охлаждение (меньше на 30 – 100 K ) основное назначение изотермического отжига – смягчение стали Преимущества: Выигрыш во времени (время ускоренного охлаждения, изотермической выдержки и последующего ускоренного охлаждения меньше времени медленного непрерывного охлаждения изделия вместе с печью). Получение более однородной структуры, так как при изотермической выдержке температура по сечению изделия выравнивается и превращение во всем объеме стали происходит при одинаковой степени охлаждения.

Fe – C – Si – (Mn, P) Графитизирующий отжиг чугуна – это термическая обработка, при которой главным процессом является образование графита с одновременным частичным или полным исчезновением цементита Подвергают – белые (БЧ), серые (СЧ) и высокопрочные(ВЧ) чугуны Отжиг для устранения отбела – чугун нагревают до 850 – 950 °C и после выдержки 0,5 – 5 ч охлаждают на воздухе В зависимости от скорости охлаждения – П или Ф-П матрица Низкотемпературный смягчающий отжиг. Для СЧ с П или Ф-П матрицей Цель — снижение твердости, улучшения обрабатываемости резанием и повышения циклической вязкости. Проводят при 650 – 750 °C, 1 – 4 ч Изменения структуры — частичная графитизация перлитного цементита и частичная сфероидизация оставшегося цементита.

Дешевый материал + высокие механические свойства для производства ковкого чугуна используют отливки из доэвтектического белого чугуна, содержащего 2.2 – 3.1 % C, 0.7 – 1.5 % Si, 0.3 – 1.0 % Mn и до 0.08 % Cr. Графит — углерод отжига У КЧ относительное удлинение 2 – 20 % (в зависимости от структуры), для БЧ < 0.2 %, C Ч – не более 1.2 %. Первая стадия промежуточная Вторая стадия

Нормализации подвергают отливки из чугуна чаще с Ф и Ф-П матрицей и реже – с П 850 – 950 °C, 0.5 – 3 ч + охлаждение на воздухе Для уменьшения остаточных напряжений с температуры 500 °C охлаждают в печи.

Закалка – это термическая обработка, при которой главным процессом является формирование неравновесной структуры во время ускоренного охлаждения закалка с полиморфным превращением закалка без полиморфного превращения закалка с плавлением поверхности Параметры процесса: температура нагрева время выдержки скорость охлаждения

это термическая обработка металла или сплава, при которой главным является мартенситное превращение высокотемпературной фазы (закалка на мартенсит) M A ост (сталь с 1,86 С  550 фото Краус и Мадер) ( Новиков и др. Металловедение т.2) Fe-30Ni-0.1C Мартенсит в эвтектоидной стали (Beinit in steel, Bhadeshia)

Закаливаемость- с пособность стали к повышению твердости при закалке Упрочнение сталей при закалке на мартенсит обусловлено образованием пересыщенного углеродом α-раствора появлением большого числа двойниковых прослоек повышением плотности дислокаций при мартенситном превращении(до уровня холодно деформированного метала) образованием на дислокациях атмосфер из атомов углерода выделением из α-раствора дисперсных частиц карбида Прочность σ в = 1300 ÷ 2000 МПа Пластичность = 0 Для углеродистых сталей из-за малой подвижности дислокаций в мартенсите, содержащем углерод δ = 14 ÷ 20 %, ψ = 70 ÷ 80 % Для безуглеродистых мартенситно-стареющих сплавов (н-р, Fe-Ni )

В углеродистых сталях в интервале примерно 500 – 250 °C, происходит бейнитное превращение. Это промежуточное превращение между перлитным и мартенситным Бейнит состоит из α-фазы (феррита) и карбида Бейнит полученный в эвтектоидной стали изотермической выдержкой при температуре 290 С

критическая скорость охлаждения – это минимальная скорость, при которой аустенит еще не распадается на феррито-карбидную смесь От данной критической скорости охлаждения зависит глубина прокаливаемости

Для доэвтектоидных сталей > A 3 на 30 – 50 К Более высокие температуры вредны из-за роста аустенитного зерна Ниже А3 – вредны из-за образования мягкого остаточного феррита Для заэвтектоидных сталей > A 1 на 35 – 60 К выше A cm вреден твердость закаленной стали получается ниже из-за растворения твердых цементитных частиц и повышения количества остаточного аустенита укрупняется аустенитное зерно растут закалочные напряжения. Для большинства легированных сталей Тз = 800 – 880 °C

это термическая обработка закаленного на мартенсит сплава ( или металла ), при которой главными процессами являются распад и ( или ) возврат и рекристаллизация мартенсита Процессы, которые идут при отпуске обусловлены: сильной пересыщенностью твердого раствора – мартенсита повышенной плотностью в нем дефектов КР и двойниковых прослоек присутствием остаточного аустенита Цель отпуска -увеличение вязкости и уменьшение закалочных напряжений Зависимость твердости углеродистых сталей разного состава от температуры отпуска (Г.В. Курдюмов) Во время отпуска снижается твердость: уменьшение концентрации углерода в α-растворе снятие упругих микронапряжений коагуляция карбидов и увеличения межчастичного расстояния развития возврата и рекристаллизации.

Термомеханическая обработка ( ТМО ) — это термическая обработка, включающая пластическую деформацию, которая благодаря повышенной плотности дефектов влияет на формирование структуры при фазовых превращениях, происходящих во время термического воздействия. Химико-термическая обработка – это термическая обработка, сочетающая тепловое воздействие с химическим, в результате чего изменяются состав и структура в поверхностных слоях, а иногда и по всему объему изделия ( в твердой, жидкой и газовой средах ) Диффузионное насыщение неметаллами Диффузионное насыщение металлами

slide-share.ru

Презентация по основам материаловедения «Термическая обработка металлов и сплавов»

Термическая обработка металлов и сплавов

Немного истории

Еще в древние времена мастера кузнецких дел использовали самые примитивные методы закалки. Для этого раскаленный кусок железа погружали в воду, масло или вино. Но время шло, и вместе с опытом развивались и способы закаливания металла.

В начале XIX века хрупкий чугун помещали в емкость со льдом и засыпали сахаром. После процесса нагревания продолжавшегося в течение 20 часов, чугун становился мягким и легко поддавался ковке.

Середина XIX века знаменательна тем, что русский изобретатель металлург Д. К. Чернов совершил выдающееся открытие. Он установил, что при смене температуры металл изменяет свои свойства. Это открытие стало началом научной металлографии.  

Термическая обработка- это

— совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счёт изменения внутреннего строения и структуры .

К основным преимуществам термообработки можно отнести :

— повышение износостойкости, а значит продление срока годности изделий из обработанного металла;

— значительное уменьшение процента бракованных изделий;

— экономия средств и ресурсов на производстве в результате повышения прочности и улучшения качественных характеристик деталей промышленного оборудования.

Термическая обработка (термообработка) приводит к существенным изменениям свойств металлов и сплавов. Химический состав металла не изменяется. Время нагрева зависит от типа печи, размеров изделий, их укладки в печи; время выдержки зависит от скорости протекания фазовых превращений.

 

• При нагреве и охлаждении стали происходят фазовые превращения, которые характеризуются температурными критическими точками.
• Принято обозначать критические точки стали буквой А. Критические точки А1 лежат на линии PSK ( 727 °С)  диаграммы железо-углерод  и соответствуют превращению перлита в аустенит.
• Критические точки А2 находятся на линии МО ( 768 °С), характеризующей магнитное превращение феррита. A3 соответствует линиям GS и SE, на которых соответственно завершается превращение феррита и цементита в аустенит при нагреве.
• Для обозначения критических точек при нагреве и охлаждении вводят дополнительные индексы: букву «с» в случае нагрева и «r» в случае охлаждения, например Ас1,  Ac3, Ar1, Ar 3.

Оборудование для термообработки

• Поточная линия для термообработки.
• Печи для термообработки

Виды термической обработки

Отжиг

Нормализация

Закалка

Отпуск

О́тжиг — это

вид термической обработки , заключающийся в нагреве на 30—50 °C выше верхней критической точки , выдержке в течение определенного времени при этой температуре и последующем, медленном, охлаждении в печи до комнатной температуры.

Цели отжига: 

• снижение  твёрдости  для облегчения механической обработки,
• улучшение микроструктуры и достижение большей однородности металла,
• снятие внутренних напряжений.

НОРМАЛИЗАЦИЯ

• Изделие нагревают до аустенитного состояния (на 30…50 градусов выше АС3), выдержка и охлаждают на спокойном воздухе.

Цели нормализации:

• сталь приобретает мелкозернистую, однородную структуру.
• Твердость, прочность стали после нормализации выше на 10-15 %, чем после отжига.

-обеспечение большей производительности и лучшего качества поверхности при обработке резанием.

Зака́лка  — это

вид термической обработки материалов, заключающийся в их нагреве выше  критической точки  (температуры изменения типа кристаллической решетки), выдержкой и последующим быстрым охлаждением в воде или масле .

ЦЕЛИ ЗАКАЛКИ:

получение стали с высокими твердостью, прочностью, износостойкостью и другими свойствами. 

При термической обработке стали возможно получение следующих структурных составляющих:

Мартенсит  представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α – железе. Различают мартенсит закалки и мартенсит отпуска. Мартенсит закалки получается непосредственно после закалки и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. При рассмотрении микроструктуры закаленной стали на темном фоне аустенита мартенсит виден в виде светлых игл.

Троостит – механическая смесь высокодисперсных частиц цементита и феррита. При закалке троостит является продуктом распада аустенита, а при отпуске – продуктом распада мартенсита. Частицы цементита в троостите неразличимы под обычным отечественным микроскопом даже при самом сильном увеличении (2000 раз).

Сорбит – механическая смесь цементита и феррита, но более грубого строения, чем троостит. Частицы цементита в сорбите крупнее, чем в троостите, и различимы под микроскопом при увеличении более 500 раз. Различают сорбит закалки и сорбит отпуска – зернистая.

Структурные составляющие.

О́тпуск  .

Для этого изделие подвергается нагреву в печи до температуры от 150—260 °C до 370—650 °C с последующим медленным остыванием на воздухе.

Цель: получение более высокой  пластичности  и снижения  хрупкости  материала при сохранении приемлемого уровня его  прочности  после закалки.

Низкотемпературный отпуск

• Проводят при температурах до 250 °C.  Закалённая сталь  сохраняет высокую износостойкость, однако такое изделие (если оно не имеет вязкой сердцевины) не выдержит высоких динамических нагрузок.

Получаемая структура МОТП или МОТП + ЦII (мартенсит отпуска + цементит вторичный).

Такому отпуску подвергают режущие и измерительные инструменты из углеродистых и низколегированных сталей.

Среднетемпературный отпуск

• Проводят при температурах 350—500 °C.
• Охлаждение после отпуска проводят при температурах 400—500 °C в воде, 
• Получаемая структура – ТОТП (троостит отпуска).

Применяют, главным образом, для пружин и  рессор , а также для штампов.

Высокотемпературный отпуск

• Проводят при температурах 500—680 °C. При этом остаётся высокая прочность и  пластичность , а также максимальная вязкость.
• Структура – СОТП (сорбит отпуска).

Высокому отпуску подвергают детали, воспринимающие ударные нагрузки ( зубчатые колёса , валы).

multiurok.ru

Информация к лекции «Основы термической обработки металлов и сплавов»

Лекция №16, 17

Основы термической обработки металлов и сплавов

План

• Термическая обработка. Общая характеристика

• Виды термической обработки
• Термообработка стали
• Термообработка дуралюмина

Термической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры.

Цель термообработки – придание сплавам таких свойств, которые требуются в процессе эксплуатации изделий.

Основные виды термической обработки

– отжиг, закалка, отпуск и старение.

Все операции термообработки разделяются на разупрочняющие (отжиг) и упрочняющие (закалка с отпуском или старением).

Разупрочняющая термообработка

Отжиг – термическая обработка, в результате которой металлы или сплавы приобретают структуру, близкую к равновесной. Отжиг вызывает разупрочнение металлов, сопровождающееся повышение пластичности и снятием остаточных напряжений.

Отжиг заключается в нагреве изделий до определенной температуры, выдержке их при данной температуре с последующим медленным охлаждением вместе с печью. При этом заготовки или изделия получают устойчивую структуру без остаточных напряжений.

Цели отжига – снятие внутренних напряжений, устранение структурной и химической неоднородности, снижение твердости и улучшение обрабатываемости, подготовка к последующей операции термообработки.

Упрочняющая термообработка

Закалка – ТО, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура пересыщенного твердого раствора.

Сплав нагревают выше температуры фазового превращения в твердом состоянии, после чего быстро охлаждают, чтобы предотвратить равновесное превращение при охлаждении.

Отпуск –ТО, в результате которой в предварительно закаленном сплаве происходит фазовое превращение, приближающее его структуру к равновесной. После отпуска происходит распад пересыщенного твердого раствора, сформировавшегося при закалке. Отпущенная структура обеспечивает более высокие механические свойства по сравнению с отожженным состоянием.

Старение – ТО, в результате которой из пересыщенного твердого раствора выделяются мелкодисперсные частицы второй фазы, формирующие равновесную структуру. Старение закаленного сплава приводит к повышению прочности, без значительного снижения пластичности.

Отжиг стали

Отжиг стали проводят для получения требуемой равновесной структуры с минимальной твердостью, с целью дальнейшей обработки получаемых деталей резанием. Изделие нагревают до нужной температуры и охлаждают вместе с печью.

Области нагрева стали при отжиге:

1 – диффузионном;

2 – рекристаллизационном;

3 – для снятия напряжений;

4 – полном;

5 – неполном;

6 – нормализационном.

А

П

Структурные превращение в эвтектоидной стали при полном отжиге

Закалка стали

Температура нагрева при закалке стали зависит от ее химического состава. В доэвтектоидных сталях нагрев производится на 30-50 °С выше точек A с3. Такую закалку называют полной ( или такой процесс еще называют — нормализацией ) .

Для закалки заэвтектоидной стали наилучшей температурой является нагрев на 30-50 °С выше Ас1. Такую закалку называют неполной.

Закалка стали

При охлаждении нагретой под закалку стали со скоростью выше критической (для конструкционных сталей охлаждение в воду) вместо диффузионного превращения аустенита в перлит, происходит бездиффузионное мартенситное превращение .

Образуется мартенсит — пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в α-железе.

М

М

А

А

Закалка стали

Мартенсит имеет ту же концентрацию углерода, что и исходный аустенит. Из-за высокой пересыщенности углеродом решетка мартенсита сильно искажается, вытягиваясь и приобретая вместо кубической тетрагональную форму. Благодаря этому, мартенсит имеет высокую твердость (до HRC  65) и хрупкость.

Способность стали закаливаться на мартенсит называется закаливаемостью. Она характеризуется значением твердости, приобретаемой сталью после закалки, и зависит от содержания углерода. Стали с низким содержанием углерода (до 0,3 %) практически не закаливаются, и закалка для них не применяется.

Отпуск стали

Отпуск стали – термическая обработка, следующая за закалкой и заключающийся в нагреве стали до температуры ниже критической, выдержке и охлаждении.

Цель отпуска – получение более равновесной по сравнению с мартенситом структуры, снятие внутренних напряжений, повышение вязкости и пластичности.

Основной процесс, происходящий при отпуске – распад мартенсита, т.е. выделение углерода из пересыщенного твердого раствора в виде карбида железа.

Низкий отпуск стали

Низкий отпуск проводится при температуре 150 — 200 °С. Образуется структура мартенсит отпуска . Мартенсит отпуска отличается от мартенсита закалки наличием мелкодисперсных частиц карбидов и меньшей степенью тетрагональности кристаллической решетки.

В результате низкого отпуска снимаются внутренние напряжения , происходит некоторое увеличение пластичности и вязкости без заметного снижения твердости и износостойкости.

Низкому отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент , а также машиностроительные детали , которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью.

Средний отпуск стали

При среднем отпуске производится нагрев до 350-450 °С. Из мартенсита полностью выделяется углерод и образуется мелкоигольчатая смесь феррита и цементита. Такая структура стали полученная при среднем отпуске называется тростит отпуска .

При среднем отпуске происходит некоторое снижение твердости при значительном увеличении предела упругости и улучшении сопротивляемости действию ударных нагрузок.

Применяется для пружин, рессор, ударного инструмента .

Высокий отпуск стали

Высокий отпуск проводится при 550-650°С . При нагреве до таких температур происходит коагуляция и сфероидизация частиц цементита в механической смеси феррита и цементита. Структура с округлыми зернами основных фаз называется сорбит отпуска .

В результате высокого отпуска твердость и прочность снижаются значительно, но сильно возрастают вязкость и пластичность и получается оптимальное для конструкционных сталей сочетание механических свойств .

.

Применяется для деталей, подвергающихся действию высоких нагрузок

Термообработка дуралюмина

Дуралюмин – сплав алюминия с 4-5 % меди

Термообработка дуралюмина

Отжиг

Отжиг (разупрочняющая термообработка) дуралюмина заключается в нагреве сплава до 550  С выдержке и охлаждении вместе с печью.

В отожженном – равновесном состоянии структура дуралюмина состоит из зерен твердого раствора меди в алюминии и частиц соединения С u Аl 2 . При этом частицы С u Аl 2 крупные.

Такая структура обеспечивает сплаву хорошую пластичность (  = 18-20 %) при относительно невысоких значениях прочности и твердости (49 НВ).

Термообработка дуралюмина

Закалка

Закалка дуралюмина заключается в нагреве сплава до 550  С, выдержке и быстром охлаждении в воду.

.

При нагреве в печи частицы СuАl2 растворяются в твердом растворе α — структура станет однофазной. Затем при быстром охлаждении в воду – медь не успевает выделиться из твердого раствора и сохранится в нем после охлаждения. В результате сформируется пересыщенный твердый раствор замещения меди в алюминии – α  .

После закалки значительного упрочнения дуралюмина

не происходит – его твердость составляет 90 НВ, однако пластичность возрастает до  = 20-24 %, что позволяет

пластически деформировать сплав в этом состоянии.

Термообработка дуралюмина

Старение

Старение дуралюмина заключается в длительной выдержке несколько суток при комнатной температуре ( естественное старение) или короткой выдержке в несколько десятков минут при повышенной температуре 100-180    С ( искусственное старение) .

При выдержке закаленного сплава, в пересыщенном α  — твердом растворе происходит диффузионное перераспределение атомов меди с формированием мелкодисперсных (30 нм) частиц С u Аl 2 .

Формирование в структуре сплава дисперсных частиц С u Аl 2 включает механизм дисперсионного упрочнения и приводит к значительному повышению значений прочности и твердости (120 НВ), при незначительном снижении пластичности (  = 10-18 %).

multiurok.ru