Отпуск сталей.

Отпуск – термическая обработка, в результате которой в предварительно закаленных сплавах происходят фазовые превращения, приближающие структуру к равновесной. Нагрев ниже линии Ас₁ выдержка и охлаждение с определенной скоростью.

Цель снижение внутреннего напряжения, окончательного формирования структуры. При повышение темп отпуска снижается прочность и твердость стали, повышается пластичность и ударная вязкость. Пониженная ударная вязкость называется отпускной хрупкостью.

Отпускная хрупкость: 1-ого рада характерна для всех сталей не зависит от степени легированности; 2-ого рода для легир ст содерж. Cr, V, Al, P при медленном охлаждении. Склонность стали к отп. хрупк. можно снизить с помощью W, Mo.

Виды отпуска:

Низкий отпуск. При 150-200^оС. Происходит уменьшение концентрации углерода в М за счет выделения мельчайших частиц карбидов, выявляемых только рентгеноструктурным анализом. Подвергают режущий и мерительный инструмент.

Средний отпуск. 350-400 ^оС. Полный распад М и образование Т частиц Ф и Ц, различия в строении Т закалки и Т отпуска выявляются с помощью электронно-микроскопического анализа. Т закалки- пластинчатое строение, Т отпуска – зернистое. При среднем отпуске резко повышается упругость стали, но снижается прочность. Подвергаются пружины, рессоры, ударные инструменты.

Высокий отпуск. 500-650 ^оС образование С отпуска. Твердость 25-35HRS. Более высокий от 650 ^оС до Ас₁ приближает структуру к равновесной, образуется П и обособляется избыточный Ф или Ц-Ф в доэвтектоидных ст. Ц в заэвтектоидных ст. С и Т имеют зернистое строение. При высоком отпуске значительно повышается пластичность и вязкость, но снижается прочность. Термическое улучшение ст – совокупность закалки на мартенсит и последующим высоким отпуском.

 

20.Старение.
Общие сведения. Старением называют изменение свойств сплавов с течением времени. В результате старения изменяются физико-механические свойства. Прочность и твердость повышаются, а пластичность и вязкость понижаются. Старение может происходить при температуре 20° С (естественное старение) или при нагреве до невысоких температур (искусственное старение).

Различают два вида старения:

1) термическое, протекающее в закаленном сплаве;

2) деформационное (механическое), происходящее в сплаве, пластически деформированном при температуре ниже температуры рекристаллизации.

Термическому старению подвергаются сплавы, обладающие ограниченной растворимостью в твердом состоянии, когда растворимость одного компонента в другом уменьшается с понижением температуры. Деформационное старение не связано с диаграммой состояния сплава. К старению склонны многие сплавы железа и сплавы цветных металлов. Результаты старения могут быть разными.

В одних случаях старение является положительным и его используют: 1) при термической обработке алюминиевых, магниевых, титановых и некоторых других цветных сплавов для повышения их прочности и твердости (термическое старение); 2) для упрочнения деталей из пружинных сталей, которые при эксплуатации должны обладать высокими упругими прочностными и усталостными свойствами (деформационное старение).

В других случаях старение является отрицательным: резкое снижение ударной вязкости и повышение порога хладноломкости в результате старения (особенно деформационного) могут явиться причиной разрушения конструкции; ухудшение штампуемосги листовой стали; изменение размеров закаленных деталей и инструмента при естественном старении, что осбенно вредно для точного измерительного инструмента и прецизионных деталей (например, подшипников); размагничивание в процессе эксплуатации стальных закаленных постоянных магнитов; преждевременное разрушение рельсов в пути.

21. ХТО. Процессы, происходящие при ХТО. Закономерности изменения состава и структуры.
ХТО – это сочетание воздействий на деталь химической среды и теплового воздействия с целью изменения химического состава и свойств поверхности детали.

ХТО делится на:

1. ХТО с насыщением не металлами (C, N, Si, B).

2. ХТО с насыщением металлами (Cr, Ni, Ti, Zn).

3. Многокомпонентная ХТО.

Процесс насыщения поверхности детали можно условно разбить на 3 стадии:

1) Создание активных атомов.

2) Перенос активных атомов к поверхности детали и взаимодействие их с поверхностью.

3) Диффузия активных атомов в глубь металлов.

Все эти 3 стадии процесса идут последовательно и поэтому общая скорость ХТО определяется скоростью одной из стадий, идущей наиболее медленно.

Обычно наименьшая скорость – это скорость диффузии в металле. Для ускорения диффузии увеличивают температуру. Чем выше температура, тем быстрее идет диффузия, тем скорее происходит процесс насыщения поверхности детали. Технологический процесс насыщения поверхности детали может происходить по-разному:

1) способ насыщения из порошковых засыпок, т.е. деталь засыпают порошками, содержащими нужные элементы. Способ самоуниверсальный, наиболее доступный. Однако производительность его недостаточна и потребность в большом количестве порошка;

2) насыщение из газовой фазы. Детали помещают в специальные печи с контролируемой газовой атмосферой. Детали на конвейере проходят через печь и после выхода сразу закаливаются. Достоинства: высокая производительность, стабильное качество. Применяется при массовом изготовлении.

3) Насыщение из жидкой среды. При этом способе детали помещают в расплавы солей, щелочей, металлов, содержащих нужный элемент.

4) Насыщение из пасты. Этот способ применяется для местного насыщения детали легирующими элементами.

5) Насыщение вакуумом. Деталь помещают в вакуумную камеру, нагревают и конденсируют на нее атомы легирующих элементов. Применяется для специальных деталей или детали, которые не должны окисляться.

Структура поверхностного слоя в деталях, образующихся при ХТО, зависит от типа взаимодействия насыщающего элемента с металлом, который является основным компонентом в данной детал

Если насыщающий элемент образует неограниченный твердый раствор, то при ХТО наблюдается плавное изменение концентрации и структуры.

22.ВидыХТО.
ХТО с насыщением не металлами:

Цементация стали – насыщение углеродом.

Цементация вызывает процесс насыщения поверхностей деталей углеродом с целью повышения твердости и износостойкости. Цементацию применяют для деталей, в которых твердость поверхности должна сочетаться с вязкой сердцевиной, хорошо выдерживающей ударную нагрузку. Цементации подвергают стали, в которых содержание углерода не превышает 0,1-0,25% С. Насыщением С проводят либо из твердой среды, либо в специальных газовых печах, куда вводятся предельные углеводороды, содержащие большое количество С, твердая среда состоит из угля С = 80%, углекислой соли Ca Co₃ Процесс цементации ведется при высоких температурах порядка 900 – 950⁰С. Такая температура необходима для перехода структуры в аустенитное состояние.

Азотирование - э то насыщение азотом.

Азотирование проводят в специальных газовых печах, куда помещают детали, а затем подается диссоциированный аммиак, т.е. проходит распад аммиака. Диссоциация аммиака проходит в специальных автоклапанах в присутствии катализатора. Это нужно для того, чтобы в печь поступали атомы азота.Температура азотирование 520-550º С, т.е. она не высокая, так как растворимость азота в феррите вполне достаточная.

Сульфатирование – насыщение серой

После сульфоазотирования детали легче прирабатываются друг к другу, снижаются потери энергии, затрачиваемой на вращение детали. Сульфаазотирование чаще проводят из газовой фазы, реже из порошковой засыпки. Глубина насыщенного слоя 0,1-0,2 мм.

Силицирование – насыщение кремнием.

Применяют для деталей, работающих при повышенных температурах. Внедрение Si в поверхность позволяет повысить жаростойкость, т.е. сопротивление поверхности окислению при высоких температурах. После силицирования поверхности образуется окислы кремния, либо двойные окислы Fe Si₂ O₄ - шпилеты. Температура процесса 1100-1200º С. Глубина слоя достигает 0,8 мм, но продолжительность около суток.

Борирование – насыщение бором.

Применяют для инструмента горячего деформированного металла. При насыщение стальных деталей бором на поверхности образуются бориды: FeB, Ke₂B, Fe₄B, которые увеличивают твердость и жаростойкость при температуре 800-1000º С, твердость до 700º С не изменяется совсем. Борирование проводится из порошковых засыпок при температурах 1000-1100º С. Глубина слоя после борирования до 80-200 мкм, но стойкость высокая.

ХТО с насыщением металлами (диффузионная металлизация).

При насыщении поверхности детали металлами происходит образование твердых ресурсов по типу замещения, т.е. атомы основного компонента замещаются в кристаллической решетке атомами легирующего элемента. Процесс диффузии по типу замещения идет гораздо медленнее, чем по механизму внедрения. Поэтому процесс диффузионной металлизации требует более высоких температур и длительных выдержек.

Аллитирование. Применяют для стальных и никелевых деталей с целью повышения жаростойкости поверхности, образуются Al₂O₃. Аллитирование можно проводить двумя способами:

1) Аллитирование из порошковой смеси

В этом случае берут порошок FeAl. Нагревают до температуры 1050-1150º С и выдерживают от двух до двадцати часов. Хлор взаимодействует с Al (ALCL₃) и за счет образования этого хлористого Al происходит перенос Аl на поверхность из порошка.

2) Погружение детали в расплав Аl, выдержка в ванне и затем нагрев до рабочей температуры аллитирования.

Хромирование. Применяют с разными целями:

1) Для малоуглеродистых сталей с содержанием С<0,4%, с целью повышения коррозионной стойкости поверхности. В этом случае Сr переходит в твердый раствор и если его концентрация превышает 13%, то сталь становится коррозионно-стойкой.

Глубина насыщения Сr зависит от эксплуатационных характеристик деталей.

2) %С > 0,41% - средне или высоко углеродная сталь. В этом случае хромирование применяют для повышения твердости и износостойкости поверхности. Увеличение твердости происходит за счет образования в сталях карбидов хрома, которые и повышают служебные свойства деталей: Сч₂₃С_6.