Дисциплина Материаловедение и ТКМ, лекция 2.3

свойств

2. Влияние обработки на свойства металлов и сплавов.

Масанский, В.С. Казаков, А.М. Токмин и др. ; Министерство образования

и науки Российской Федерации, Сибирский Федеральный университет. - Красноярск : Сибирский федеральный университет, 2015. - 268 с. : табл., граф., ил. - Библиогр. в кн. - ISBN 978-5-7638-3322-5 ; То же [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=435698.
Валуев Н.П., Муров В.А., Юданов П.М Практикум по материаловедению. – Учебное пособие. – Новогорск: АГЗ МЧС России, 2017 г., 115 с.

и ХТО). 1.1. Понятие о ТО


Термической обработкой называется совокупность

операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры

Виды термической обработки стали
Все виды ТО стали осуществляются без перехода в жидкую фазу (перекристаллизации)
Закалка
Нагрев + Выдержка до появления однородной структуры) + Быстрое охлаждение в закалочной среде – вода, масло и др.
Отпуск
Нагрев после закалки + выдержка и последующее медленное охлаждение в печи (снимаются закалочные напряжения). Более длительной выдержке соответствует менее интенсивный нагрев. (низкий, средний и высокий отпуск)
Отжиг
Нагрев до температуры несколько ниже температуры закалки + медленное охлаждение в печи до нормальной температуры («сверхвысокий» отпуск)
Нормализация
Охлаждение от закалочной температуры на воздухе (закалка на воздухе).
Цель отпуска, отжига и нормализации снизить внутренние напряжения, возникающие при закалке

основанная на перекристаллизации стали (сплавов) при нагреве до температуры выше

критической; после достаточной выдержки при критической температуре для завершения термической обработки следует быстрое охлаждение. Закаленная сталь (сплав) имеет неравновесную структуру, поэтому применим другой вид термообработки — отпуск.
Отпуск — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, проводимая после закалки для уменьшения или снятия остаточных напряжений в стали и сплавах, повышающая вязкость, уменьшающая твердость и хрупкость металла.
Отжиг — термическая обработка (термообработка) металла, при которой производится нагревание металла, а затем медленное охлаждение. Эта термообработка (т. е. отжиг) бывает разных видов (вид отжига зависит от температуры нагрева, скорости охлаждения металла).
Нормализация — термическая обработка (термообработка), схожая с отжигом. Различия этих термообработок (нормализации и отжига) состоит в том, что при нормализации сталь охлаждается на воздухе (при отжиге — в печи).

пластической деформации металла и термической обработки. Такое воздействие на металл

позволяет повысить его прочность как в результате наклепа, который получается при пластической деформации, так и вследствие термообработки. Благодаря этому удается достичь высокого комплекса механических свойств сталей и сплавов.
В настоящее время существует два основных способа термомеханической обработки стали:
1. ВТМО — высокотемпературная термомеханическая обработка
2. НТМО — низкотемпературная термомеханическая обработка

том, что непосредственно после горячего воздействия давлением, когда металл имеет

аустенитную структуру, проводится закалка стали. За короткое время между окончанием процесса деформации и закалкой не успевает произойти рекристаллизация. В связи с этим наклеп и упрочнение, которые возникли при пластической деформации во время прокатки или штамповки, не устраняются и остаются в материале после его остывания. После закалки, к этому добавляется еще упрочнение вследствие фазового наклепа твердой мартенситной структурой. Мартенсит, образующийся в этих условиях, кроме своих дислокаций, как бы наследует и те, которые возникли при наклепе. Ясно, что чем короче промежуток времени между окончанием всех процессов, когда сталь имеет высокую температуру, тем больше сохранится дислокаций и тем больше будет эффект упрочнения. Практически, этот отрезок времени составляет несколько секунд, в течение которых частично происходит рекристаллизация, что снижает эффект упрочнения. Рекристаллизация - один из главных недостатков способа высокотемпературной термомеханической обработки стали. Из-за этого явления степень деформации при ВТМО не превышает 20-30%.

до аустенитного состояния, затем охлаждают ниже температуры рекристаллизации, но выше

температуры начала мартенситного превращения, т. е. температурный интервал пластической деформации составляет примерно 400 - 600°С. Деформация, как и при ВТМО, вызывает наклеп аустенита, рекристаллизации же в этих условиях не происходит. Затем проводится закалка: образуется мартенсит, который, как и в предыдущем способе, наследует дислокации, а значит и упрочнение, полученное при низкотемпературной термомеханической обработке стали. Здесь устранен недостаток первого способа, так как рекристаллизация практически отсутствует и потому наиболее полно используется эффект упрочнения от наклепа.

После закалки в обоих случаях следует низкотемпературный отпуск (100 — 300°С.). ТМО позволяет получить достаточно высокую прочность (σв = 2200-3000МПа) при хорошей пластичности и вязкости (δ = 6 - 8%, ψ = 50 — 60%). Для сравнения: после обычной закалки и низкого отпуска σв = 2000 — 2200МПа, δ = 3 — 4%.

в ряде случаев и неметаллических) материалов при высоких температурах в

химически активных средах (твёрдых, жидких, газообразных).

В подавляющем большинстве случаев химико-термическую обработку проводят с целью обогащения поверхностных слоев изделий определёнными элементами. Их называют насыщающими элементами или компонентами насыщения.
В результате ХТО формируется диффузионный слой, т.е. изменяется химический состав, фазовый состав, структура и свойства поверхностных слоев. Изменение химического состава обуславливает изменения структуры и свойств диффузионного слоя.

фазовый состав и микроструктура.
Основными параметрами химико-термической обработки являются температура
нагрева и

продолжительность выдержки. Цель химико-термической обработки -
поверхностное упрочнение металлов и сплавов и повышение их стойкости против
воздействия внешних агрессивных сред при нормальной и повышенной
температурах.
Процессы химико-термической обработки состоят из трех стадий :
-диссоциации, которая заключается в распаде молекул и образовании активных
атомов диффундирующего элемента. Например, диссоциации окиси углерода
2СО→СО2+С или аммиака 2НN3→3Н2+2N;
-адсорбции, т.е. контактирования атомов диффундирующего элемента с
поверхностью стального изделия и образования химических связей с атомами
металла;
-диффузии, т.е. проникновения насыщающего элемента в глубь металла

вещества существовать в различных кристаллических структурах, называемых полиморфными модификациями (их

принято обозначать греческими буквами α, β, γ и т. д.) Характерен для различных классов веществ. Полиморфизм для простых веществ называют аллотропией, но понятие полиморфизма не относят к некристаллическим аллотропным формам (таким, как газообразные O2 и O3).
Частный случай полиморфизма, характерный для соединений со слоистой структурой - политипи́зм (политипи́я). Такие модификации, политипы, отличаются между собой лишь порядком чередования атомных слоёв.
Анизотропи́я (от др.-греч. ἄνισος — неравный и τρόπος — направление) — различие свойств среды (например, физических: упругости, электропроводности, теплопроводности, показателя преломления, скорости звука или света и др.) в различных направлениях внутри этой среды; в противоположность изотропии.
В отношении одних свойств среда может быть изотропна, а в отношении других — анизотропна; степень анизотропии также может различаться.

стали различными металлами. Она может осуществляться в твердых, жидких и

газообразных средах. При диффузионной металлизации в твердых средах применяют порошкообразные смеси, состоящие из ферросплавов с добавлением хлористого аммония в количестве 0,5-5%. Жидкая диффузионная металлизация осуществляется погружением детали в расплавленный металл (например цинк, алюминий). При газовом способе насыщения применяют летучие хлористые соединения металлов, образующиеся при взаимодействии хлора с металлами при высоких температурах . Диффузия металлов в железе идет значительно медленнее, чем углерода и азота, потому что углерод и азот образуют с железом твердые растворы внедрения, а металлы – твердые растворы замещения. Это приводит к тому, что диффузионные слои при металлизации получаются в десятки раз более тонкими. Поверхностное насыщение стали металлами проводится при температуре 900- 1200 o С.

результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость и коррозионную стойкость в

атмосфере и в ряде сред. При алитировании в порошкообразных смесях чистые детали вместе со смесью упаковывают в железный ящик.
Хромирование проводят для повышения коррозионной стойкости, кислотостойкости, окалиностойкости и т.д. Хромирование средне- и высокоуглеродистых сталей повышает твердость и износостойкость. Борированием называется насыщение стали бором. Борирование проводят с целью повышения стойкости против абразивного износа. Толщина борированных слоев не превышает 0,3мм, твердость HV 18000-20000. Силицированием называется процесс насыщения поверхности стали кремнием. В результате силицирования сталь приобретает высокую коррозионную стойкость в морской воде, в различных кислотах и повышенную износостойкость. Кроме того, силицирование резко повышает окалиностойкость молибдена и некоторых других металлов и сплавов. Силицированный слой представляет собой твердый раствор кремния в α-железе. Силицированный слой несмотря на низкую твердость (HV 2000-3000) и пористость после пропитки маслом при температуре 170-200 o С имеет повышенную износостойкость.