МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ФХ

Отчёт

по индивидуальному домашнему заданию №3

по дисциплине «Материаловедение»

Тема: Методы управления структурой и свойствами металлических материалов

Санкт-Петербург

2021

Цель работы:

Изучение методов управления структурой и свойствами металлических материалов

Контрольные вопросы

1. Основные виды термообработки и их назначение

Основными видами термообработки являются отжиг (I и II рода), нормализация, закалка, отпуск, старение.

Отжиг I рода частично или полностью устраняет отклонения от равновесного состояния, возникающие при предыдущей обработке (литье, ковке, штамповке и т.д.), причем при его проведении не происходит фазовых превращений.

Отжиг II рода основан на использовании диффузионных полиморфных превращений при охлаждении. Его целесообразность определяется тем, насколько сильно данные структурные изменения влияют на свойства материала.

Нормализация: изделие нагревают до аустенитного состояния (на 30…50 градусов выше АС3) и охлаждают на спокойном воздухе.

Закалка - термическая обработка с нагревом до температур, превышающих температуры фазовых превращений с выдержкой и последующим охлаждением материала со скоростью, превышающей критическую, с целью получения неравновесной структуры, либо пересыщенного твердого раствора. Результат закалки – повышение прочности и твердости.

Отпуск - технологический процесс, заключающийся в термической обработке закаленного на мартенсит сплава или металла, при которой основными процессами являются распад мартенсита, а также полигонизация и рекристаллизация. 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.

Дисперсионное твердение (старение). После проведения закалки (без полиморфного превращения) проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц.

2. Температурные интервалы нагрева при различных видах термообработки.

Полный (рекристаллизационный) отжиг доэвтектоидных сталей:

Для углеродистых сталей: аустенитизация при t = AC3 + (30-50⸰C) + охлаждение со скоростью 150-200 град/час

Изотермический отжиг – разновидность полного отжига, применяется для легированных сталей.

Аустенитизация + ускоренное охлаждение до t = AC1 - (50-100⸰C) + выдержка до полного распада переохлажденного аустенита.

Неполный отжиг доэвтектоидных сталей: нагрев в интервале АС1-АС3 + охлаждение по режиму полного отжига.

Нормализация – аустенитизация при t = АС3 + (30-50⸰С) для доэвтектоидных сталей и t = А_cm + (30-50⸰C) для заэвтектоидных сталей + ускоренное охлаждение на воздухе.

Температура нагрева сталей под закалку:

-углеродистая доэвтектоидная t_H = AC3 + (30-50⸰C)

-углеродистая заэвтектоидная t_H = AC1 + (30-50⸰C)

3. Способы поверхностной закалки.

При поверхностной закалке на некоторую (заданную) глубину закаливается только поверхностный слой, тогда как сердцевина изделия остается незакаленной.

Способы поверхностной закалки: закалка с индукционным нагревом, закалка токами высокой частоты (метода В. П. Вологодина), закалка с газопламенным нагревом, поверхностная закалка при нагреве лазером, импульсивная закалка, плазменная закалка, поверхностная закалка в электролите (метод Ясногородского), электроконтактная закалка, пламенная поверхностная закалка стали,

4. Предварительная и окончательная термообработка.

В зависимости от места в технологическом процессе термическая обработка подразделяется на предварительную и окончательную.

Предварительная термическая обработка, как правило, производится для улучшения технологических свойств заготовок (перед обработкой резанием, холодной штамповкой, прокаткой и другими). В качестве предварительной термической обработки для сталей, как правило, применяют различные виды отжига.

Окончательная термическая обработка производится для придания деталям требуемых эксплуатационных свойств. В качестве окончательной термической обработки для сталей чаще всего применяют закалку с отпуском, а для многих высокопрочных цветных сплавов – закалку со старением.

5. Разновидности химико-термической обработки и достигаемые ими цели.

Химико-термической обработкой (поверхностным легированием) называют обработку, заключающуюся в сочетании термического и химического воздействий на металлы и сплавы для изменения химического состава структуры и свойств в поверхностных слоях.

Виды химико-термической обработки: цементация, нитроцементация, азотирование, цианирование, борирование, силицирование, диффузионное насыщение металлами.

Химико-термическую обработку применяют для повышения твердости, износостойкости, кавитационной и коррозионной стойкости, упрочнения деталей машин, и создавая на поверхности благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличения надежности и долговечности деталей машин.

6. Термомеханическая обработка и её разновидности.

Термомеханическая обработка (ТМО) заключается в сочетании пластической деформации стали в аустенитном состоянии с закалкой. Формирование структуры закаленной стали при ТМО происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распределения дислокаций, обусловленных условиями горячей (тепловой) деформации.

Различают два основных способа термомеханической обработки.

По первому способу, называемому высокотемпературной термомеханической обработкой (ВТМО), сталь деформируют при температуре выше линии, при которой сталь имеет аустенитную структуру. Степень деформации составляет 20—30 %. После деформации следует немедленная закалка во избежание развития рекристаллизации.

По второму способу, называемому низкотемпературной термомеханической обработкой (НТМО), сталь деформируют в температурной зоне существования переохлажденного аустенита в области его относительной устойчивости (400—600 °С); температура деформации должна быть выше точки МН, но ниже температуры. Степень деформации обычно составляет 75—95 %. Закалку осуществляют сразу после деформации.

После закалки в обоих случаях следует низкотемпературный отпуск (100—300 °С). Такая комбинированная ТМО позволяет получить очень высокую прочность при хорошей пластичности и вязкости.

7. Разновидности деформационной обработки.

Процессы обработки металлов давлением подразделяются на две основные группы: процессы металлургического и машиностроительного производства.

К первой группе относят технологии, в основе которых лежит принцип непрерывности технологического процесса (прокатка, прессование, волочение). Продукцию металлургического производства (листы, полосы, ленты, периодический и профильный прокат, трубы, профили, проволоку и т.п.) используют как заготовку в кузнечно-штамповочных и механических цехах и как готовую продукцию для создания различных конструкций.

Во вторую группу входят такие процессы, как ковка, объемная штамповка, листовая штамповка и специальные виды обработки давлением (калибровка, раскатка кольцевых деталей, редуцирование, обката, раздача и т.д.) Эти процессы обеспечивают получение заготовок (полуфабриката) и готовых деталей, не требующих последующей механической обработки.

К основным видам обработки металлов давлением относятся технологические процессы: прокатка, прессование, волочение, ковка, объемная штамповка, листовая штамповка.

8. Термическая обработка цветных металлов и сплавов.

Термическая обработка цветных металлов и сплавов — широко распространенный технологический процесс, обеспечивающий достижение большого разнообразия структур и улучшение физико-механических свойств.

Под термической обработкой цветного металла/сплава понимается нагрев до определенной температуры, после чего следует охлаждение с определенной скоростью. Общая эффективность термической обработки цветного металла/сплава зависит от его предшествующей обработки, от температуры и скорости нагрева, продолжительности выдержки при этой температуре и скорости охлаждения

Процессы термической обработки цветных металлов/сплавов можно разделить на две основные группы: термическая обработка, целью которой является получение структуры, максимально приближающейся к равновесному состоянию, и термическая обработка, целью которой, наоборот, является достижение неравновесного состояния. В некоторых случаях обе упомянутые группы процессов взаимно перекрываются.

К первой группе относятся рекристаллизационный отжиг деформированного материала, далее отжиг для снятия внутренних напряжений и, наконец, гомогенизационный отжиг отливок. Ко второй группе, которая считается иногда термической обработкой в узком смысле слова, относится термическая обработка с получением неравновесного состояния, т. е. так называемое дисперсионное отверждение

Классификация методов управления структурой и свойствами металлических материалов в твёрдом состоянии

Вариант 12

Марка стали: У8ГА

Сталь марки У8ГА является инструментальной, высокоуглеродистой, содержащая 0,8% углерода и 1% марганца, высококачественная

Требуемые свойства: Сочетание прочностных и пластических свойств

Режим обработки: высокий отпуск

Основная цель обработки металла методом высокого отпуска - придание ему наилучшего сочетания упругих и прочностных свойств. Высокий отпуск проводится при температурах 500-650º. Время выдержки по достижении требуемых температур - 0,5 - 1 час.