Шпаргалка по "Металлургии"

      Вопрос 24

Диаграмма состояний  сплавов железо-углерод — графическое  отображение состояний сплавов железа с углеродом.Диаграмма железо — углерод должна распространяться от железа до углерода. Железо образует с углеродом химическое соединение: цементит.

Рисунок в тетраде..

Легкоплавкие  сплавы — это, как правило, эвтектические металлические сплавы, имеющие низкую температуру плавления, не превышающую температуру плавления олова. Для получения легкоплавких сплавов используются свинец, висмут, олово, кадмий, таллий, ртуть, индий, галлий и иногда цинк. За нижний предел температуры плавления всех известных легкоплавких сплавов принимается температура плавления амальгамы таллия (−61 °C), за верхний предел взята температура плавления чистого олова.

Вопрос 25

Цементит —  карбид железа, химическое соединение с формулой Fe3C. Концентрация углерода 6,67% по массе — предельная для железоуглеродистых сплавов. Цементит — метастабильная фаза; образование стабильной фазы — графита во многих случаях затруднено. Цементит имеет орторомбическую кристаллическую решётку, очень тверд и хрупок, слабо магнитен до 210 °С.В зависимости от условий кристаллизации и последующей обработки цементит может иметь различную форму

Феррит (лат. ferrum — железо), фазовая составляющая сплавов железа, представляющая собой  твёрдый раствор углерода и легирующих элементов в α-железе (α-феррит). Имеет объемноцентированную кубическую кристаллическую решётку. Является фазовой составляющей других структур, например, перлита, состоящего из феррита и цементита.

Аустенит (-фаза) — высокотемпературная гранецентрированная  модификация железа и его сплавов.

В углеродистых сталях аустенит — это твёрдый  раствор внедрения, в котором  атомы углерода входят внутрь элементарной ячейки -железа во время конечной термообработки. В сталях, содержащих другие металлы (кроме железа, легированные стали), атомы металлов замещают атомы железа в кристаллической решетке и возникает твердый раствор замещения

Вопрос 26

Различают следующие  виды термической обработки стали: закалку, отпуск, отжиг и нормализацию, а также обработку холодом  и химико-термическую обработку.

Закалка — термическая  обработка стали путем ее нагрева  до определенной температуры, некоторой  выдержки при этой температуре до завершения фазовых превращений  с быстрым последующим охлаждением  в воде, масле и других жидкостях

Отпуску подвергают сталь после закалки для уменьшения хрупкости и ослабления внутренних напряжений. Отпуск стали заключается в нагреве ее ниже температуры закалки с последующим постепенным охлаждением на воздухе.

Нормализация  — это, по существу, процесс отжига. Стальное изделие нагревают до температуры несколько ниже температуры закалки, выдерживают сталь при этой температуре, а затем охлаждают на воздухе.

Химико-термическая  обработка стали заключается  в изменении химического состава  поверхностного слоя стального изделия  путем насыщения его каким-либо другим веществом

Азотирование  — насыщение азотом поверхностного слоя стального изделия при нагревании до 500...700°С в атмосфере аммиака, при  этом повышаются коррозионная стойкость, твердость, износоустойчивость и предел усталости стали.

Хромирование  — насыщение поверхностного слоя хромом. Повышение коррозионной стойкости  стали при действии пресной и  морской воды, азотной кислоты, окислительной  среды при высокой температуре (окалиностойкость) достигается хромированием.

Вопрос 27

Отжигом называют термообработку, направленную на получение равновесной структуры.

Различают 2 два  вида отжига:

- отжиг 1-го  рода – в процессе отжига  не происходит фазовой перекристаллизации;

- отжиг 2-го  рода - осуществляется с фазовой  перекристаллизацией

При отжиге первого рода не происходит структурных изменений, связанных с фазовыми превращениями, однако за счет возрастания подвижности атомов при нагреве частично или полностью устраняется химическая неоднородность, медленное охлаждение после отжига позволяет снизить внутренние напряжения. В металлах и сплавах при таком отжиге снимается наклеп, понижается твердость, возрастают пластичность и ударная вязкость. Разновидностями отжига первого рода являются: диффузионный (гомогенезирующий отжиг), рекристаллизационный отжиг (рекристаллизация), отжиг для снятия напряжения.

Отжиг 2-го рода является перекристаллизационным отжигом. Во время его проведения в материале  происходит полиморфное или другое фазовое превращение, связанное  с заменой данной фазы другой (фазовая перекристаллизация). Поэтому для изменения кристаллитов в поликристалле материал отжигают при температуре, превышающей температуру этого превращения. Так как фазовая перекристаллизация осуществляется путем зарождения и роста центров новой фазы, то меняя скорость нагрева и охлаждения, а также температуру перегрева (выше температуры полиморфного превращения), можно управлять величиной кристаллитов. Повышение скорости нагрева и охлаждения увеличивает число центров и измельчает зерно, перегрев укрупняет зерно.

Вопрос 28

Закалка, термическая  обработка материалов, заключающаяся  в их нагреве и последующем  быстром охлаждении с целью фиксации высокотемпературного состояния материала  или предотвращения (подавления) нежелательных  процессов, происходящих при его  медленном охлаждении.

Если нагреть  металл до верхней критической точки  и продолжать повышать температуру, то, рассматривая металл под микроскопом, можно обнаружить рост его зерен.

Чем выше температура, тем энергичнее происходит рост зерен  и тем они крупнее, тем продолжительнее процесс нагрева до данной температуры. Металл, имеющий сильно укрупненные зерна, называется перегретым металлом.

В процессе ковки  сильно перегретый металл дает рванины  и трещины, особенно в углах слитка или заготовки, а в изломе имеет  сильно укрупненную структуру, что можно сравнительно легко наблюдать простым глазом. Перегрев зависит от двух факторов: температуры и времени нагрева.

Если нагретый металл оставить в печи на длительное время при высокой температуре, то произойдет его пережог. Пережог происходит оттого, что кислород, находящийся в печных газах, проникает с поверхности в глубь металла, границы зерен металла окисляются, а вещество, образовавшееся между крупными зернами, расплавляется. В результате между зернами металла образуются жидкие пленки, связь между зернами нарушается, и металл становится непрочным, на заготовке появляются крупные трещины, и она распадается на части. Дальнейшее нагревание приводит к оплавлению или разрушению отдельных участков заготовки. Пережог зависит в основном от температуры нагрева, состава печных газов и времени нагревания металла при высоких температурах.

Вопрос 29

Материал, подвергшийся закалке приобретает бо́льшую твердость, но становится хрупким, менее пластичным и вязким, если сделать большее  количество повторов нагревание-охлаждение.

Нормализация  стали получает все большее распространение  в термических цехах машиностроительных заводов. Она часто заменяет отжиг  для низкоуглеродистых сталей (0,2—0,3% С), а для среднеуглеродистых сталей (0,3—0,5% С) — закалку и высокий отпуск.

Процесс нормализации заключается в нагреве стали  выше критической точки Ас3 на 30—50°  С, выдержке при этой температуре  и охлаждении на спокойном воздухе. Структура нормализованной стали  — сорбит (мелко дисперсная смесь  феррита и цементита). Нормализация применяется для получения мелкозернистой структуры, повышения прочности и вязкости, а также однородности структуры и улучшения обрабатываемости низкоуглеродистой стали.

Вопрос 30

Закалка в одном  охладителе. Нагретую до нужной температуры деталь переносят в охладитель и полностью охлаждают

Закалка в двух сферах или прерывистая. Нагретое изделие  предварительно охлаждают в более  резком охладителе (вода) до температуры ~ 3000C и затем переносят в более  мягкий охладитель (масло)

Ступенчатая закалка. Нагретое до требуемой температуры изделие помещают в охлаждающую среду, температура которой на 30 – 50oС выше точки МН и выдерживают в течении времени, необходимого для выравнивания температуры по всему сечению. Время изотермической выдержки не превышает периода устойчивости аустенита при заданной температуре.

Изотермическая  закалка.

Закалка с самоотпуском. Нагретые изделия помещают в охлаждающую  среду и выдерживают до неполного  охлаждения.

Закалка стали  в технике: применение её не только для получения стали с высокой твёрдостью, но и для получения (после соответствующего отпуска) стали со средней и низкой твёрдостью, но обладающей хорошими конструкционными свойствами.

Оплавление происходит в результате общего или местного нагрева выше температуры плавления стали. Причинами оплавления являются соприкосновение инструмента с электродами соляной ванны (местное оплавление), повышение температуры ванны выше точки плавления стали (общее оплавление), науглероживание инструмента при отжиге перед повторной закалкой. Для инструмента из быстрорежущей стали оплавление характеризуется наличием ледебуритной эвтектики и считается окончательным браком. 

Пониженная теплостойкость (красностойкость) инструмента связана  с недостаточным насыщением твердого раствора углеродом и легирующими элементами в связи с пониженной температурой и недостаточной выдержкой при нагреве под закалку. 

Деформация (коробление) приводит к значительной кривизне инструмента (особенно хвостового), вызываемой интенсивным  и неравномерным нагревом и охлаждением и неправильным способом погружения в нагревающие и охлаждающие среды. Кривизну инструмента исправляют правкой. 

Трещины — неисправимый и потому наиболее опасный вид  брака. Равномерный и постепенный (ступенчатый) нагрев и охлаждение, соблюдение режимов закалки, защита от обезуглероживания, придание инструменту формы, технологичной для закалки, предупреждают появление трещин. 

Разъедание поверхности  инструмента вызывается плохой промывкой  инструмента после закалки, недостаточной  очисткой соляных ванн от продуктов раскисления и налипанием на инструмент частиц раскислителя, охлаждением инструмента в загрязненных расплавах селитры или на приспособлениях, на которых инструмент нагревали в высокотемпературной ванне.

Вопрос 31

Отпуском называется нагрев закаленной стали до температур ниже критической точки Ас1 выдержка при этой температуре с последующим охлаждением (обычно на воздухе) . Отпуск является окончательной термической обработкой. Целью отпуска является изменение строения и свойств закаленной стали: повышение вязкости и пластичности, уменьшение твердости, снижение внутренних напряжений.

Вопрос 32

Для повышения  твердости поверхностных слоев, предела выносливости и сопротивляемости истиранию многие детали машин подвергают поверхностному упрочнению. Существует три основных метода поверхностного упрочнения: поверхностная закалка, химико-термическая обработка и упрочнение пластическим деформированием.

Вопрос 33

Основные методы поверхностного упрочнения можно разделить  на три группы:

механические  — пластическое деформирование поверхностных слоев, создание наклепа (нагартовки);

термические —  поверхностная закалка;

химико-термическая  обработка — цементация, азотирование, хромирование и др.

При этом способе  закаливаемую деталь помещают внутрь индуктора, по которому пропускается ток  высокой частоты от генератора. Обычно индуктор выполняют из медной водоохлаждаемой  трубки, изогнутой в виде спирали, соответствующей профилю закаливаемого  изделия.

При пропускании  по индуктору высокочастотного тока вокруг спирали создается сильное  переменное магнитное поле, что вызывает в стальном изделии, находящемся  внутри индуктора, появление индукционного  электрического тока.

Вследствие поверхностного эффекта индукционные вихревые токи сосредоточиваются на поверхности изделия и очень быстро нагревают его на определенную глубину.

Глубина такого слоя, нагретого до закалочной температуры, зависит от частоты тока, времени  нагрева и температуры нагрева. При последующем охлаждении нагретой таким образом поверхности получают закаленный слой различной толщины - от нескольких десятых долей миллиметра до 1-10 мм и выше.

Вопрос 34

Цементация стали  — насыщение поверхности стальных изделий углеродом при высокой  температуре. Подвергаемые цементации стали (цементуемые) обычно содержат не более 0,25% углерода

Цементации подвергают низкоуглеродистые (обычно до 0.2 % C) и  легированные стали, процесс в случае использования твёрдого карбюризатора  проводится при температурах 900—950 °С, при газовой цементации (газообразный карбюризатор) — при 850—900 °С.