- •А. Н. Минков
- •Содержание
- •1 Конструкционная прочность и пути её повышения
- •1.1 Общие положения
- •1.2 Конструкционная прочность материалов
- •1.2.1 Общие положения
- •1.2.2 Механические свойства и способы их
- •1.3 Методы повышения конструкционной
- •1.4 Железоуглеродистые сплавы - основные
- •1.4.1 Общие положения
- •1.4.2 Углеродистые стали
- •1.4.3 Чугуны
- •2 Термическая обработка
- •2.1 Общие положения термической обработки
- •2.2 Превращения при нагревании и охлаждении стали
- •2.2.1 Образование аустенита при нагревании
- •2.2.2 Превращения аустенита при охлаждении
- •2.2.3 Превращения мартенсита при нагревании
- •2.3 Виды термической обработки
- •2.3.1 Отжиг
- •2.3.2 Закалка
- •Vкрит.- критическая скорость закалки
- •2.3.3 Отпуск
- •2.3.4 Дефекты термической обработки
- •2.4 Поверхностное упрочнение
- •2.4.1 Общие положения
- •2.4.2 Поверхностная закалка
- •2.4.2.1 Закалка с индукционным нагревом
- •2.4.2.3 Поверхностная закалка в электролитах
- •2.4.2.4 Закалка с нагревом лазерным лучом
- •2.4.3 Химико-термическая обработка (хто)
- •3 Легированные стали
- •3.1 Общие положения
- •Легированные стали можно классифицировать:
- •- По структуре в равновесном состоянии;
- •- По структуре образцов после охлаждения на воздухе;
- •- По назначению.
- •3.2 Конструкционные стали
- •3.2.1 Стали повышенной обрабатываемости
- •3.2.2 Низкоуглеродистые стали для цементации
- •3.2.3 Среднеуглеродистые стали для улучшения
- •3.2.4 Рессорно-пружинные стали
- •3.2.5 Подшипниковые стали
- •3.2.6 Высокопрочные стали
- •3.2.7 Износостойкие стали и сплавы
- •3.3 Инструментальные стали
- •3.3.1 Общие положения
- •3.3.2 Стали для режущего инструмента
- •3.3.2.1 Углеродистые и легированные инструментальные стали
- •3.3.2.2 Быстрорежущие стали
- •3.3.3 Штамповые стали
- •3.3.4 Стали для измерительных инструментов
- •3.4 Специальные стали
- •3.4.1 Коррозионностойкие (нержавеющие) стали
- •3.4.2 Жаростойкие стали и сплавы
- •3.4.3 Жаропрочные стали и сплавы
- •3.4.4 Магнитные стали и сплавы
- •4 Цветные металлы и сплавы
- •4.1 Алюминий и сплавы на его основе
- •4.1.1 Общая характеристика алюминия
- •4.1.2 Алюминиевые сплавы
- •4.2 Магний и сплавы на его основе
- •4.2.1 Общая характеристика магния и его сплавов
- •4.2.2 Деформируемые магниевые сплавы
- •4.2.3 Литейные магниевые сплавы
- •4.3 Титан и сплавы на его основе
- •4.3.1 Общая характеристика титана и его сплавов
- •4.3.2 Промышленные титановые сплавы
- •4.4 Бериллий и сплавы на его основе
- •4.4.1 Свойства бериллия
- •4.4.2 Бериллиевые сплавы
- •4.5 Медь и ее сплавы
- •4.5.1 Общая характеристика меди и её сплавов
- •4.5.2 Латуни
- •4.5.3 Бронзы
- •5 Неметаллические конструкционные материалы
- •5.1 Пластические массы
- •5.2 Стекло
- •5.2.1 Строение и состав неорганических стекол
- •5.2.2 Ситаллы
- •5.2.3 Органическое стекло
- •5.3 Древесина
- •Список литературы
- •Курс лекций по дисциплине
- •Для студентов механических специальностей
- •Часть 2 «Материаловедение»
2 Термическая обработка
2.1 Общие положения термической обработки
Одной из важных проблем современного технического развития является улучшение технико-экономических показателей машин, механизмов и инженерных сооружений на основе снижения их удельной металлоёмкости, а также увеличения эксплуатационной надежности и долговечности. Термическая обработка – самый распространенный в современной технике способ изменения свойств металлов и сплавов. Чем ответственней конструкция, тем больше в ней термически обработанных деталей. По глубине и разнообразию структурных изменений, возникающих в результате термической обработки, с ней не могут сравниться ни механические, ни какие-либо другие виды воздействия на металл. Во всем мире по уровню использования в промышленности термической обработки судят о техническом уровне и культуре производства.
Термическая обработка – это технологический процесс тепловой обработки изделий из металлов и сплавов с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении. Эта цель достигается с помощью нагрева и выдержки при определенной температуре в течение заданного времени и последующего охлаждения. Температуру нагрева сплавов данного состава выбирают, исходя из их диаграммы состояния. Длительность выдержки должна обеспечить сквозное или поверхностное нагревание изделий, протекание фазовых превращений, растворение карбидов, коагуляцию фаз и т. п. Скорость последующего охлаждения определяет вид термической обработки.
Основными параметрами термической обработки являются температура и время. К вспомогательным параметрам относятся скорости нагревания и охлаждения. Любой режим термической обработки может быть представлен в виде графика в координатах: температура, время.
Основой всех превращений при термической обработке есть стремление системы к минимуму свободной энергии. Фазовые превращения в сплавах происходят вследствие того, что одно состояние системы становится менее стабильным по сравнению с другим, то есть имеет большую свободную энергию.
Во время термической обработки в стали происходят такие основные фазовые превращения:
- феррита и цементита в аустенит при нагревании выше точки Ас1;
- аустенита в феррит и цементит при охлаждении ниже точки Аr1;
- аустенита в мартенсит при охлаждении со скоростями больше критических;
- мартенсита в феррит и карбиды при его нагревании ниже точки Ас1.
Как видно из графика, приведенного на рис. 8, при температурах выше точки А1 наименьшую свободную энергию имеет аустенит, и поэтому происходит его образование при нагреве стали.
Рисунок 8 - Зависимость свободной энергии F от температуры для различных структурных составляющих стали (А –
аустенит, М – мартенсит, П – перлит)
Ниже температуры А1 происходит обратное превращение.
При температуре ниже То свободная энергия перлита минимальна, но работа, необходимая для перехода аустенита в мартенсит меньше, чем для образования перлита. Данное обстоятельство способствует предварительному образованию мартенсита, после чего при соответствующих условиях будет образовываться феррито-цементитная смесь.