- •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.
3.1.6. Дефекты закалки.
При закалке в изделиях внутренние закалочные напряжения, которые условно делят на тепловые и структурные. Тепловые напряжения возникают вследствие неодновременного охлаждения поверхности и сердцевины изделия при закалке. Структурные напряжения обусловлены неодновременным превращением аустенита в мартенсит по сечению детали и увеличением объема стали. Наибольшее увеличение объема наблюдается у эвтектоидной стали (1,13%), поэтому она наиболее склонна к короблению и растрескиванию при закалке.
Тепловые и структурные напряжения возникают и проявляются при закалке одновременно, и их действия необходимо суммировать. Если тепловые напряжения превышают структурные, то в поверхностных слоях изделия преобладают сжимающие напряжения. Однако чаще структурные напряжения превышают тепловые, и в результате преобладают растягивающие напряжения. Если их величина превышает значение предела текучести σ0,2, то возникает дефект закалки, называемый короблением. Если величина растягивающих напряжений превышает значение предела прочности σвр, то происходит образование закалочных трещин. Следовательно, для предупреждения коробления и закалочных трещин нужно уменьшить структурные напряжения путем снижения температуры закалки и скорости охлаждения в мартенситном температурном интервале. Кроме того, при конструировании детали следует минимизировать по возможности количество конструкционных концентраторов напряжений: резких переходов от толстого сечения к тонкому, отверстий, пазов, канавок и т.п.
Окисление и обезуглероживание поверхности изделий происходит при нагреве стали в пламенных или электрических печах без защитных газовых сред. Для предотвращения этих дефектов закалки следует использовать современное печное оборудование с защитными газовыми средами, а также вакуумные печи или соляные печи – ванны.
Еще одним дефектом закалки является недостаточная поверхностная твердость после закалки. Причинами возникновения этого дефекта являются нарушения технологии закалки: либо недостаточная температура нагрева (недогрев), либо заниженная скорость охлаждения. При нагреве до температуры ниже AС1 не происходит аустенитизация, вследствие чего при любой скорости охлаждения мартенсит не образуется. При нагреве доэвтектоидных сталей до температуры вышеAС1, но ниже AС3 в структуре сталей наряду с аустенитом будет феррит, который не закаливается на мартенсит. Его наличие в структуре стали после закалки заметно снижает ее твердость. Для того, чтобы исключить недогрев или перегрев при закалке, следует применять современные печи с автоматической регулировкой и контролем температуры нагрева.
Заниженная скорость охлаждения при закалке (VОХЛ<VКР.ЗАК) обусловливает образование немартенситных структур – тростита или сорбита, которые резко снижают твердость стали. Для устранения указанной технологической погрешности следует использовать закалочные баки достаточной емкости с интенсивным перемешиванием охлаждающей жидкости. При исчерпании ресурса охлаждающей жидкости ее следует заменять.