Термическая и химико-термическая обработка сплавов (стр. 1 из 6)
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Волгоградский государственный технический университет»
Камышинский Технологический институт (филиал)
Волгоградского государственного технического Университета
Кафедра «Физика»
Реферат
по учебной дисциплине «Материаловедение»
Выполнил:
Дьяченко Роман
студент группы КЭЛ 291
Камышин 2009
Содержание
1. Вступление
2.Термическая обработка сплавов
2.1 Основные виды термической обработки
2.2 .Отжиг I рода
2.3 Отжиг II рода
2.4 Закалка
2.5 Отпуск
2.6 Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждени
3. Основы химико-термической обработки.
3.1 Цементация
3.2 Азотирование
3.3 Нитроцементация и цианирование стали
3.4 Борирование и силицирование стали
3.5 Диффузионная металлизация стали
3.5.а Алитирование
3.5.б Хромирование
3.5.в Титанирование
3.5 г Цинкование
4.Выводы
5.Заключение
Список используемой литературы
1 Вступление
Человек использует термическую обработку металлов с древнейших времён. Ещё в эпоху энеолита, применяя холодную ковку самородных золота и меди, первобытный человек столкнулся с явлением наклёпа, которое затрудняло изготовление изделий с тонкими лезвиями и острыми наконечниками, и для восстановления пластичности кузнец должен был нагревать холоднокованую медь в очаге. Наиболее ранние свидетельства о применении смягчающего отжига наклёпанного металла относятся к концу 5-го тысячелетия до н. э. Такой отжиг по времени появления был первой операцией термической обработки металлов. При изготовлении оружия и орудий труда из железа, полученного с использованием сыродутного процесса, кузнец нагревал железную заготовку для горячей ковки в древесноугольном горне. При этом железо науглероживалось, то есть происходила цементация — одна из разновидностей химико-термической обработки. Охлаждая кованое изделие из науглероженного железа в воде, кузнец обнаружил резкое повышение его твёрдости и улучшение других свойств. Закалка в воде науглероженного железа применялась с конца 2 — начала 1-го тысячелетия до н. э. В «Одиссее» Гомера (8—7 вв. до н. э.) есть такие строки: «Как погружает кузнец раскалённый топор иль секиру в воду холодную, и зашипит с клокотаньем железо — крепче железо бывает, в огне и воде закаляясь». В 5 в. до н. э. этруски закаливали в воде зеркала из высокооловянной бронзы (скорее всего для улучшения блеска при полировке). Цементацию железа в древесном угле или органическом веществе, закалку и отпуск стали широко применяли в средние века в производстве ножей, мечей, напильников и др. инструментов. Не зная сущности внутренних превращений в металле, средневековые мастера часто приписывали получение высоких свойств при термической обработке металлов проявлению сверхъестественных сил. До середины 19 в. знания человека о термической обработке металлов представляли собой совокупность рецептов, выработанных на основе многовекового опыта. Потребности развития техники, и в первую очередь развития сталепушечного производства обусловили превращение термической обработки металлов из искусства в науку. В середине 19 в., когда армия стремилась заменить бронзовые и чугунные пушки более мощными стальными, чрезвычайно острой была проблема изготовления орудийных стволов высокой и гарантированной прочности. Несмотря на то что металлурги знали рецепты выплавки и литья стали, орудийные стволы очень часто разрывались без видимых причин. Д. К. Чернов на Обуховском сталелитейном заводе в Петербурге, изучая под микроскопом протравленные шлифы, приготовленные из дул орудий, и наблюдая под лупой строение изломов в месте разрыва, сделал вывод, что сталь тем прочнее, чем мельче её структура. В 1868 Чернов открыл внутренние структурные превращения в охлаждающейся стали, происходящие при определённых температурах. которые он назвал критическими точками а и b. Если сталь нагревать до температур ниже точки а, то её невозможно закалить, а для получения мелкозернистой структуры сталь следует нагревать до температур выше точки b. Открытие Черновым критических точек структурных превращений в стали позволило научно обоснованно выбирать режим термической обработки для получения необходимых свойств стальных изделий.
В 1906 А. Вильм (Германия) на изобретённом им дуралюмине открыл старение после закалки — важнейший способ упрочения сплавов на разной основе (алюминиевых, медных, никелевых, железных и др.). В 30-е гг. 20 в. появилась термомеханическая обработка стареющих медных сплавов, а в 50- — термомеханическая обработка сталей, позволившая значительно повысить прочность изделий. К комбинированным видам термической обработки относится термомагнитная обработка, позволяющая в результате охлаждения изделий в магнитном поле улучшать их некоторые магнитные свойства.
2.ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПЛАВОВ
Итогом многочисленных исследований изменений структуры и свойств металлов и сплавов при тепловом воздействии явилась стройная теория термической обработки металлов.
Под термической обработкой понимают изменение структуры, а следовательно, и свойств стали при нагреве до заданной температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении с заданной скоростью.
Классификация видов термической обработки основывается на том, какого типа структурные изменения в металле происходят при тепловом воздействии.
Термическая обработка металлов подразделяется на:
-собственно термическую, заключающуюся только в тепловом воздействии на металл,
-химико-термическую, сочетающую тепловое и химическое воздействия,
-термомеханическую, сочетающую тепловое воздействие и пластическую деформацию.
2.1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Собственно термическая обработка включает следующие виды:
-отжиг 1-го рода,
-отжиг 2-го рода,
-закалку без полиморфного превращения и с полиморфным превращением
- старение
- отпуск.
Термической обработкой называют процессы теплового воздействия на сплавы (нагрев и охлаждение) с целью изменения их структуры и свойств. Это один из самых распространённых в технике и самых эффективных способов изменения структуры и свойств сталей и сплавов, обусловленных протеканием различных фазовых превращений.
Термическая обработка может быть как промежуточной операцией, предназначенной для улучшения технологических свойств (облегчения ковки, штамповки, прокатки), так и окончательной – для обеспечения в материале или изделиях требуемого комплекса свойств
Так как основными факторами любого вида термической обработки являются температура и время, то любой процесс термической обработки можно описать графиком, показывающим изменение температуры во времени.
При рассмотрении разных видов термообработки железо-углеродистых сплавов (стали, чугуны) используются следующие условные обозначения критических точек этих сплавов (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Обозначение критических точек стали
Критические точки А1 лежат на линии PSK (727 °C). Критические точки А2 находятся на линии МО (768 °C). Критические точки А3 лежат на линии GS, а критические точки Аcm — на линии SE.
Вследствие теплового гистерезиса превращения при нагреве и охлаждении проходят при разных температурах. Поэтому для обозначения критических точек при нагреве и охлаждении используют дополнительные индексы: буквы «с» в случае нагрева и «r» в случае охлаждения. Например, АС1, АС3, Аr1, Аr3.
Свойства сплава зависят от его структуры. Основным способом, позволяющим изменять структуру, а, следовательно, и свойства является термическая обработка.
Основы термической обработки разработал Чернов Д.К.. В дальнейшем они развивались в работах Бочвара А.А., Курдюмова Г.В., Гуляева А.П.
Рис.2.1. Графики различных видов термообработки: отжига (1, 1а), закалки (2, 2а), отпуска (3), нормализации (4)
Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, выполняемых в определенной последовательности при определенных режимах, с целью изменения внутреннего строения сплава и получения нужных свойств (представляется в виде графика в осях температура – время, см. рис. 12.1 ).
Рассмотрим следующие виды термической обработки:
2.2 Отжиг 1 рода
– возможен для любых металлов и сплавов.
Его проведение не обусловлено фазовыми превращениями в твердом состоянии.
Нагрев, при отжиге первого рода, повышая подвижность атомов, частично или полностью устраняет химическую неоднородность, уменьшает внутреннее напряжения.
Основное значение имеет температура нагрева и время выдержки. Характерным является медленное охлаждение
Разновидностями отжига первого рода являются:
· диффузионный;
· рекристаллизационный;
· отжиг для снятия напряжения после ковки, сварки, литья.
2.3 Отжиг II рода
– отжиг металлов и сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении.
Проводится для сплавов, в которых имеются полиморфные или эвтектоидные превращения, а также переменная растворимость компонентов в твердом состоянии.
Проводят отжиг второго рода с целью получения более равновесной структуры и подготовки ее к дальнейшей обработке. В результате отжига измельчается зерно, повышаются пластичность и вязкость, снижаются прочность и твердость, улучшается обрабатываемость резанием.
Характеризуется нагревом до температур выше критических и очень медленным охлаждением, как правило, вместе с печью (рис. 12.1 (1, 1а)).