- •Конспект лекций по общему курсу материаловедения
- •Для студентов заочной формы обучения
- •Учебное пособие
- •Москва 2013
- •Введение.
- •Глава 1. Теория сплавов.
- •1.1. Механические свойства сплавов и методы их определения.
- •1.2. Атомно-кристаллическая структура металлов.
- •1.3. Дефекты кристаллического строения металлов.
- •1.4. Закономерности кристаллизации металлов и сплавов.
- •1.5. Микроструктура сплавов.
- •1.6. Характеристика фаз и структурных составляющих.
- •1.7. Диаграммы состояния.
- •1.8. Фазы и структурные составляющие в сплавах Fe-c.
- •1.9. Влияние химического состава и структуры на свойства сталей и чугунов.
- •1.10. Классификация, маркировка и применение углеродистых сталей.
- •1.11. Применение чугунов.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Глава 2. Теория термической обработки.
- •2.1. Критические температуры при термообработке стали.
- •2.2. Превращения при нагреве стали.
- •Перегрев и пережог.
- •2.3. Превращения в стали при непрерывном охлаждении.
- •2.4. Образование структур перлитного типа.
- •2.5. Промежуточное превращение.
- •2.6. Мартенситное превращение.
- •2.6.1.Особенности мартенситного превращения.
- •2.6.2. Свойства мартенсита.
- •2.7. Превращения при отпуске.
- •2.7.1. Свойства стали после отпуска.
- •2.7.2. Отпускная хрупкость.
- •2.7.3. Старение.
- •2.8. Прокаливаемость и закаливаемость стали.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Глава 3. Технология термической обработки.
- •3.1. Технология объемной термообработки стали.
- •3.1.1. Отжиг 1-го рода.
- •3.1.2. Отжиг 2-го рода.
- •3.1.3. Нормализация.
- •3.1.4. Дефекты отжига и нормализации.
- •3.1.5. Закалка.
- •3.1.6. Дефекты закалки.
- •3.2. Поверхностная закалка.
- •3.3. Химико-термическая обработка (хто).
- •3.3.1. Цементация.
- •3.3.2. Азотирование.
- •3.3.3. Нитроцементация.
- •Контрольные вопросы.
- •Глава 4. Машиностроительные материалы.
- •4.1. Легированные конструкционные стали.
- •4.2. Специальные стали и сплавы.
- •4.3. Литейные сплавы.
- •4.4. Неметаллические материалы.
- •4.4.1. Пластмассы.
- •4.4.2. Резины.
- •4.4.3. Клеи и герметики.
- •4.5. Композиционные материалы.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература
- •Глава 5. Порошковые материалы.
- •5.1. Технология производства металлических порошков.
- •Основными элементами технологии порошковой металлургии являются:
- •5.2. Свойства металлических порошков.
- •5.3. Классификация порошковых сталей.
- •5.4. Порошковые углеродистые конструкционные стали.
- •5.5. Порошковые легированные конструкционные стали.
- •Медистые порошковые стали.
- •Порошковые стали, легированные никелем.
- •Порошковые железомедноникелевые стали.
- •Порошковые молибденовые стали.
- •Хромистая порошковая сталь.
- •Марганцовистые порошковые стали.
- •Сложнолегированные порошковые конструкционные стали.
- •5.6. Порошковые стали инструментального назначения.
- •5.7. Порошковые стали специального назначения.
- •5.8. Антифрикционные материалы на основе железа.
- •5.9 Термическая обработка порошковых сталей.
- •5.10. Свойства и применение порошковых сплавов.
- •Применение порошковых материалов
- •Методами порошковой металлургии получают:
- •Применение и состав порошковых сплавов
- •5.11. Производство деталей из порошковых материалов.
- •5.12. Эффективность технологии порошковой металлургии.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
2.7.3. Старение.
Старение используют при окончательной термической обработке сплавов, предварительно подвергнутых закалке без полиморфного превращения (без образования мартенсита). При старении происходит упрочнение сплавов, протекающее во времени без заметного изменения микроструктуры. Наиболее отчетливо этот процесс происходит при старении дюралюминия и низкоуглеродистых (≤0,1%С) сталей. Известны два вида старения сталей: термическое и деформационное.
Термическое старение происходит после закалки и связано с выделением из пересыщенного α-твердого раствора (феррита) дисперсных карбидных или нитридных частиц. Это может происходить как при комнатной температуре (естественное старение), так и при повышенной до 50…150°С температуре (искусственное старение).
Деформационное старение происходит после холодной пластической деформации низкоуглеродистых сталей. Различают естественное старение при комнатной температуре в течение 15…16 суток и искусственное (несколько минут при 200…350°С). Эффект упрочнения при старении связан с торможением дислокаций выделившимися из твердого раствора дисперсными частицами карбидов или нитридов, а также с образованием атмосфер Коттрелла из атомов углерода и азота вокруг дислокаций, что затрудняет их движение.
2.8. Прокаливаемость и закаливаемость стали.
Прокаливаемостью называют способность стали закаливаться на мартенсит на определенную глубину по сечению детали. Это важнейший фактор, влияющий на конструкционную прочность стали. Прокаливаемость одной и той же стали может меняться в зависимости от колебаний химсостава, температуры нагрева под закалку, размеров и конфигураций детали. Поэтому в справочниках прокаливаемость стали часто характеризуется полосой прокаливаемости.
Прокаливаемость стали определяют по стандартной методике, которая включает в себя торцевую закалку образца из исследуемой стали, построение диаграмм прокаливаемости и определение критического диаметра по специальной номограмме. Критическим диаметром (ДКР,мм) считается сечение, прокаливающееся либо насквозь, либо до полумартенситной структуры в сердцевине при закалке стали в данном охладителе. Чем больше значение ДКР, тем выше прокаливаемость стали.
Наибольшее влияние на прокаливаемость стали оказывает ее химический состав. При увеличении содержания углерода до 0,8% прокаливаемость углеродистых конструкционных сталей возрастает. Легирующие элементы, растворяющиеся в аустените при нагреве стали под закалку (Mn,Cr,Mo,Ni,Si,B),уменьшают критическую скорость закалки стали, за счет чего прокаливаемость возрастает. Легирующие элементы, образующие тугоплавкие карбиды (Ti,V,Nb,W) прокаливаемость стали уменьшают. Тугоплавкие карбиды TiC,VC,WC тормозят рост аустенитных зерен при нагреве стали, что обуславливает мелкий размер действительного аустенитного зерна.
Это размер зерна, соответствующий заданной температуре нагрева стали при закалке. Чем он меньше, тем меньше прокаливаемость стали, т.к. критическая скорость закалки мелкозернистых сталей выше, чем у крупнозернистых. Однако, несмотря на более высокуюпрокаливаемость крупнозернистых сталей, их не применяют для высоконагруженных деталей машин. Это объясняется низкой ударной вязкостью, повышенным порогом хладноломкости, недостаточной трещиностойкостью и склонностью к деформации и короблению крупнозернистых сталей.
Для высоконагруженных деталей рекомендуется применять мелкозернистые стали, для повышения прокаливаемости которых целесообразно комплексное легирование Mn,Cr,Mo,Ni,Si,B.
На прокаливаемость стали значительное влияние оказывает интенсивность ее охлаждения при закалке, которая зависит от степени циркуляции охлаждающей среды. Значение критического диаметра (ДКР) может увеличиваться в 1,5-2 раза при увеличении степени циркуляции от слабой до интенсивной. При закалке стали в условиях серийного производства применяют автоматизированные закалочные устройства (баки, ванны), где обеспечивается требуемая степень циркуляции охлаждающей среды.
Закаливаемостьюназывают способность стали повышать свою твердость при закалке на мартенсит. Закаливаемость прямо пропорционально зависит от содержания в стали углерода и влияет на контактную выносливость и износостойкость стальных деталей; чем больше закаливаемость, тем выше эти свойства. Легирующие элементы прямого влияния на закаливаемость не оказывают, а могут влиять лишь косвенно, уменьшая или увеличивая концентрацию углерода в мартенсите.