Химико-термическая обработка стали и поверхностное упрочнение наклепом

В.Н. Дорош

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

для выполнения домашних заданий и

контрольных работ по дисциплине

Технология конструкционных материалов

для направлений подготовки бакалавров:

151 000 «Технологические машины и оборудование»

Для всех форм обучения

Новотроицк 2012

В.Н. Дорош Методическое пособие, для выполнения домашних заданий и контрольных работ по дисциплине «Материаловедение. ТКМ» для направления подготовки бакалавров:

151 000 «Технологические машины и оборудование» всех форм обучения

– Новотроицк. НФ МИСиС 2012 – 42 с.

Данное пособие предназначено для оказания практической помощи при выполнении контрольных работ и домашних заданий, предусмотренных учебными программами

Одобрено на заседании кафедры МТ

«___» ________2012г.

Содержание

1 Введение 4

2 Технология термической обработки 4

3 Конструкционные стали 6

4 Алюминий, магний и их сплавы 7

5 Неметаллические материалы 8

6 Задания на контрольную (домашнюю) работу №1 17

9 Список литературы 42

Введение

В зависимости от назначения, к различным сплавам предъявляются различные требования. Получение тех или иных свойств определяется внутренним строением сплавов. В свою очередь строение сплава зависит от состава и характера предварительной обработки. Следовательно, между всеми этими характеристиками существуют определенные связи: между составом и строением (первая связь), между обработкой и строением (вторая связь) и между строением и свойствами (третья связь).

Теория термической обработки

Термическая обработка - один из основных способов влияния на структуру, а следовательно и свойства стали.

При изучении превращений переохлажденного аустенита особое вимание обратите на диаграмму изотермического распада, устанавливающую связь между температурными условиями превращения, интенсивностью распада и строением продуктов превращения. Разберитесь в механизмах и особенностях перлитного, промежуточного и мартенситного превращений, происходящая соответственно в верхней, средней и нижней температурной областях. Уясните строение и свойства перлита, сорбита, троостита, бейнита, мартенсита и особенно различие и сходство одноименных структур, получаемых при распаде аустенита и отпуске закаленной стали. Изучите влияние легирующих элементов на кинетику и характер превращения аустенита в перлитной, промежуточной и мартенситной областях. В связи с влиянием легирования на диаграммы изотермического распада, рассмотрите причины получения разных классов по структуре(перлитного, мартенситного, аустенитного). Уясните влияние легирующих элементов на превращения при отпуске, следует помнить, что легирование, как правило затормаживает процессы превращений как при закалке, так и при отпуске. Запомните практическое значение изотермических диаграмм.

Контрольные вопросы:

1 Механизм образования аустенита при нагреве стали.

2 Объясните механизмы и температурные районы образования структур перлитного типа (перлит, сорбит, троостит) и бейнитного типа.

3 В чем различие между перлитом, трооститом, сорбитом.

4 Что такое мартенсит и в чем сущность мартенситного превращения?

5 Что такое критическая скорость закалки?

6 От чего зависит количество остаточного аустенита?

7 Что такое коагуляция и как изменяются и как изменяются структура и свойства стали в связи с коагуляцией карбидной фазы при отпуске?

8 В чем сущность превращений, происходящих при отпуске?

9 Каково практическое значение термокинетических диаграмм?

10 Как влияют легирующие элементы на кинетику перлитного превращения?

11 Как влияют легирующие элементы на мартенситное превращение ?

12 как протекает промежуточное превращение в легированных сталях?

13 Как влияют легирующие элементы на превращения при отпуске?

14 В чем сущность отпускной хрупкости?

Технология термической обработки

Уясните влияние скорости охлаждения на структуру и свойства стали и физическую сущность процессов отжига, нормализации закалки и обработки холодом. При изучении технологических процессов термической обработки особое внимание обратите на разновидности режимов и их назначение. Для выяснения причин брака при термической обработке стали следует разобраться в природе термических и фазовых напряжений.

Уясните различие между закаливаемостью и прокаливаемостью стали, а также факторы, влияющие на эти характеристики. Разберитесь в сущности получения высокопрочных изделий методом термомеханической обработки.

Различные виды поверхностной закалки позволяют получить особое сочетание поверхностных свойств и сердцевины, что приводит к существенному повышению эксплуатационных свойств изделия. При изучении индукционной закалки уясните связь между частотой тока и глубиной проникновения закаленного слоя. Закалка с нагревом токами высокой частоты приводит к получению более высокого комплекса свойств, чем при обычном нагреве. Для получения оптимальных результатов следует руководствоваться диаграммами допустимых и преимущественных режимов нагрева под закалку токами высокой частоты.

Необходимо иметь в виду, что современные автоматические и полуавтоматические агрегаты для термической обработки могут быть включены в технологические линии машиностроительных заводов, в связи с чем при массовом производстве отпадает необходимость в специальных цехах.

Контрольные вопросы:

1 Приведите определения основных процессов термической обработки: отжига, нормализации и закалки.

2 Назовите разновидности процесса отжига и для чего они применяются?

3 Какова природа фазовых и термических напряжений.

4 Какие вам известны разновидности закалки и в каких случаях они применяются?

5 Какие виды и причины брака при закалке

6Какие вам известны группы охлаждающих сред и каковы их особкееност?

7 От чего зависит прокаливаемость стали и в чем ее технологическое значение.

8 Какие вам известны технологические приемы уменьшения деформации при термической обработке?

9 Как изменяются скорость и температура нагрева изделий из легированной стали по сравнению с углеродистой.

10 В чем сущность и особенности термомеханической обработки.

11 Как влияет поверхностная закалка на эксплуатационные характеристики изделий?

12 Как регулируется глубина закаленного слоя при обработке токами высокой частоты?

13Каковы сущность и назначение диаграммы допустимых и преимущественных режимов нагрева под закалку токами высокой частоты?

14 Каковы преимущества поверхностной индукционной закалки?

Химико-термическая обработка стали и поверхностное упрочнение наклепом

При изучении основ химико-термической обработки, следует исходить из того, что принципы химико-термической обработки едины. Процесс химико-термической обработки состоит из выделения атомарного насыщающего вещества внешней средой, захвата(сорбции) этих атомом поверхностью металла и диффузии их внутрь металла. Поэтому нужно рассмотреть реакции в газовой среде при цементации и азотировании и усвоить современные представления о диффузии в металлах. В большинстве случаев насыщение может происходить из твердой, жидкой и газовой сред, а поэтому ножно знать наиболее удачные варианты насыщения для каждого метода химико-термической обработки и конечные результаты(поверхностное упрочнение, изменение физико-механических свойств).

Разберитесь в технологии проведения отдельных видов химико-термической обработки, уясните преимущества и области использования цементации, азотирования, цианирования и различных видов диффузионной металлизации. Разберитесь во влиянии легирования на механизм формирования структуры поверхностного слоя. Рассмотрите сущность и назначение дробеструйного поверхностного наклепа и его влияние на эксплуатационные свойства деталей машин.

Контрольные вопросы:

1 В чем заключаются физические основы химико-термической обработки?

2 В чем заключаются особенности процесса азотирования?

3 В чем заключаются особенности процесса цементации?

4 Назначение и режим термической обработки после цементации.

5 Каковы свойства цементированных и азотированных изделий?

6 Химизм и назначение процесса цианирования?

7 В чем различие между диффузионным и электрохимическим хромированием?

8 Для каких целей и как проводится нитроцементация?

9 Сущность и назначение процесса борирования?

10 Как изменяются свойства изделий при дробеструйной обработке и какова природа этих изменений?

11 Как влияет поверхностное упрочнение на эксплуатационные характеристики изделий?

Конструкционные стали

Нужно усвоить принципы маркировки стали и уметь по маркировке определять состав и особенности данной стали, а также иметь общее представление о разных группах стали.

Хорошо разберитесь во влиянии легирующих элементов на изменение структуры и свойств стали, особое внимание уделите технологическим особенностям термической обработки стали различных групп.

Рассмотрите способы классификации (по структуре в нормализованном состоянии и по назначению), основные принципы выбора для различного назначения цементируемых, улучшаемых, пружинных, износостойких, автоматных, высокопрочных и других сталей.

При изучении жаропрочных сталей обратите особое внимание на особенности поведения металла в условиях нагружения при повышенных температурах. Уясните сущность явления ползучести и основные характеристики жаропрочности. Каковы предельные рабочие температуры и области применения сталей различного структурного класса.

Необходимо уметь выбрать марку стали для различного назначения, расшифровать ее состав, назначить режим термической обработки и объяснить сущность происходящих превращений и указать полученную структуру и свойства.

Контрольные вопросы:

1 Как классифицируются легированные стали?

2 Как классифицируются конструкционные стали по технологии термообработки?

3 Чем определяется выбор марки цементуемой стали для изделий различного назначения?

4 Чем объясняется назначение процесса улучшения для конструкционной стали?

5 Как влияет степень легирования на механические свойства улучшаемой стали?

6 Чем определяется выбор марки улучшаемой стали для изделий различного назначения?

7 Примеры марок стали, используемых в различных условиях работы.

8 Какие требовании предъявляются к рессорно-пружинным сталям и как они классифицируются по прочностным свойствам?

9 Какие вы знаете износостойкие стали ? Принципы их легирования?

10 Приведите примеры марок высокопрочной стали, назначьте режим термообработки.

11 Каковы требования предъявляемые к нержавеющим сталям, марки, состав, свойства, термическая обработка, назначения

12 Каковы требования предъявляемые к жаростойким сталям, марки, состав, свойства, термическая обработка, назначения

13 Каковы требования предъявляемые к жаропрочным сталям, марки, состав, свойства, термическая обработка, назначения

14 В чем сущность явлении ползучести, какими способами можно повысить жаропрочность стали, объясните природу упрочнения.

15 Приведите примеры жаропрочных сталей перлитного, мартенситного и аустенитного класса.