5744

Обработка стали. Материаловедение. Элементы теории термической обработки стали

Конспект

Производство и промышленные технологии

Элементы теории термической обработки стали Вступление Технология металлов состоит из трех основных видов: металлургии – получение металла заданного состава механической технологии – получение из металла изделий заданной внешней формы те...

Русский

2012-12-18

1.65 MB

301 чел.

Элементы теории термической обработки стали

Вступление

Технология металлов состоит из трех основных видов: металлургии – получение металла заданного состава; механической технологии – получение из металла изделий заданной внешней формы; термической обработки – получение заданных свойств.

Конечно, и при металлургическом производстве металлургическое изделие получает определенную внешнюю форму (слиток), но не это является определяющим. При обработке резанием, ковке, штамповке и т. д. в какой-то степени изменяется структура металла (или его поверхностных слоев), но это следует рассматривать как сопутствующее явление, так же как и изменение формы при термической обработке, основная цель которой – изменение структуры металла.

Трудно переоценить значение термической обработки в современной машинной технике, основанной на использовании металлов. Изменение свойств металлов при термической обработке очень велико.

Вопрос №1. Общие положения и классификация видов термической обработки

Термической обработкой (ТО) называют процессы теплового воздействия по определенным режимам с целью изменения структуры и свойств сплава.

Основные факторы воздействия при ТО: – температура t и время . Поэтому процесс ТО обычно изображают в виде графика в координатах «температура – время» (рис.1).

Режим термической обработки характеризуют следующие основные параметры: температура нагрева tmax, т. е. максимальная температура, до которой был нагрет сплав при термической обработке; время выдержки сплава при температуре нагрева В, скорость нагрева υнагр и скорость охлаждения υохл.

Рисунок 1 – График (режим) простой термической обработки

Графиком температура – время может быть охарактеризован любой процесс термической обработки.

Результатом ТО должно быть остаточное изменение свойств сплава, обусловленные фазовыми превращениями. Поэтому при выборе режима ТО данного сплава пользуются его диаграммой состояния.

Все виды термической обработки можно разделить на четыре основные группы (по А. А. Бочвару).

Первая группа. Предшествующая обработка может привести металл в неустойчивое состояние. Так, холодная пластическая деформация создает наклеп – искажение кристаллической решетки. При затвердевании не успевают протекать диффузионные процессы, и состав металла даже в объеме одного зерна оказывается неоднородным. Быстрое охлаждение или неравномерное приложение напряжений делает неравномерным распределение упругой деформации. Неустойчивое состояние при комнатной температуре сохраняется долго, так как теплового движения атомов при комнатной температуре недостаточно для перехода в устойчивое состояние.

Нагрев (увеличение тепловой подвижности атомов) приводит к тому, что процессы, приводящие металл в устойчивое состояние (снятие напряжений, уменьшение искажений кристаллической решетки, рекристаллизация, диффузия), достигают заметных скоростей.

Термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла, который в результате какой-то предшествующей обработки получил неустойчивое состояние, и приводящая его в более устойчивое состояние, называется отжигом.

Вторая группа. Если в сплавах при нагреве происходит фазовое превращение (аллотропическое превращение, растворение второй фазы и т. д.), то нагрев выше некоторой критической температуры вызывает изменение в строении сплава. При последующем охлаждении произойдет обратное превращение. Если охлаждение достаточно медленное, то превращение будет полное и фазовый состав будет соответствовать равновесному состоянию.

Особенность этой обработки — нагрев выше температур фазового превращения и охлаждение с малой скоростью, приводит сплав к структурному равновесию. Такая термическая обработка называется также отжигом. В отличие от обработки первой группы можно назвать ее отжигом второго рода, или фазовой перекристаллизацией.

Третья группа. Если в сплаве при нагреве происходят фазовые изменения, то полнота обратного (при охлаждения) превращения зависит от скорости охлаждения. Теоретически можно себе представить такие условия охлаждения, при которых обратное превращение вовсе не произойдет, и при комнатной температуре в результате быстрого охлаждения зафиксируется состояние сплава, характерное для высоких температур. Такая операция называется закалкой. Во многих случаях закалка не фиксирует совсем (или фиксирует не полностью) состояние сплава, устойчивое при высоких температурах. Поэтому предельный случай закалки, когда состояние сплава, характерное для высоких температур, фиксируется, называется истинной закалкой, в отличие от закалки в более широком смысле, когда фиксируется не состояние сплава при высокой температуре, а некоторая его стадия структурного превращения (распад), при которой в сплаве не достигнуто еще равновесное состояние.

Четвертая группа. Состояние закаленного сплава характеризуется неустойчивостью. Даже без всякого температурного воздействия в сплаве могут происходить процессы, приближающие его к равновесному состоянию. Нагрев сплава, увеличивающий подвижность атомов, способствует этим превращениям. При повышении температуры закаленный сплав все больше приближается к равновесному состоянию. Такая обработка, т. е. нагрев закаленного сплава ниже температуры равновесных фазовых превращений, называется отпуском. Отпуск, если он происходит при комнатной температуре или при невысоком нагреве, называют старением. И при отжиге первого рода, как и при отпуске, сплав приближается к структурному равновесию. В обоих случаях начальную стадию характеризует неустойчивое состояние, только для отжига первого рода оно было результатом предварительной обработки, при которой, однако, не было фазовых превращений, а для отпуска – предшествовавшей закалкой. Таким образом, отпуск – вторичная операция, осуществляемая всегда после закалки.

Кроме этих основных видов термической обработки, имеются еще два принципиально отличных способа, представляющих сочетание термической обработки с металлургией или механической технологией.

Химико-термическая обработка – нагрев сплава в соответствующих химических реагентах для изменения состава и структуры поверхностных слоев.

Термомеханическая (термопластическая) обработка – деформация и последующая термическая обработка, сохраняющая в той или иной форме результаты наклепа.

Вопрос №2. Термическая обработка и диаграмма состояния. Основные превращения в стали

При ТО происходит превращение, протекающее во времени, и невозможно установить, какое изменение вносит время, если неизвестно, каково устойчивое состояние сплава.

 

Рисунок 2 – Выбор температуры для разных видов термической обработки

Диаграмма состояния показывает, каким видам ТО может быть подвергнут сплав и в каких температурных интервалах следует производить обработку.

 При изучении кристаллизации было видно, что этот процесс совершается вследствие того, что при изменившихся условиях одно состояние, например кристаллическое, более устойчиво, чем другое, например жидкое.

Фазовые превращения, которые совершаются в стали, также вызваны тем, что вследствие изменившихся условий, например температуры, одно состояние оказывается менее устойчивым, чем другое. Этим и вызываются превращения, протекающие в стали.

Рассматривая структурные превращения в стали, мы прежде всего должны указать, что основными являются три структуры, а переход их из одной в другую характеризуют основные превращения.

Укажем эти структуры:

аустенит (А) – твердый раствор углерода в γ-железе Fеγ (С);

мартенсит (М) – твердый раствор углерода в α-железе Feα (С);

перлит (П) – эвтектоидная смесь из одновременно образующихся феррита и карбида Feα +Fе3С (ничтожно малой равновесной растворимостью углерода в феррите пренебрегаем).

При термической обработке стали наблюдаются четыре основных превращения.

1 Превращение перлита в аустенит, протекающее выше точки А1,  выше температуры стабильного равновесия аустенит – перлит; при этих температурах из трех основных структур минимальной свободной энергией обладает аустенит (рис.3):

Feα +Fе3С → Fеγ(С) или П → А.

2 Превращение аустенита в перлит, протекающее ниже А1:

Fеγ(С) → Feα +Fе3С или А → П.

3 Превращение аустенита в мартенсит:

Fеγ(С) → Feα(С) или А → М.

Это превращение наблюдается ниже температуры метастабильного равновесия аустенит – мартенсит (Т0). При Т0  более устойчивой фазой является перлит, однако работа, необходимая для образования мартенсита из аустенита, меньше, чем для образования перлита; поэтому ниже Т0 образование перлита (феррито-карбидной смеси) из аустенита может произойти только в результате превращения аустенита в мартенсит, а затем уже мартенсита в перлит.

Таким образом, аустенито-мартенситное превращение в данном случае является промежуточным в процессе перехода аустенита в перлит.

4 Превращение мартенсита в перлит, точнее в феррито-карбидную смесь:

Feα(С) → Feα +Fе3С или М → П.

Рисунок 3 – Изменение свободной энергии аустенита (FA), Мартенсита (FM) и перлита (FП) с изменением температуры

Оно происходит при всех температурах, так как при всех температурах свободная энергия мартенсита больше свободной энергии перлита.

 Вопрос №3. Образование аустенита при нагреве стали

Процессы, протекающие при образовании аустенита из двухфазной структуры (феррита и цементита).

Образование аустенита при нагреве является диффузионным процессом и подчиняется основным положениям теории кристаллизации. По ДС «железо-цементит» при нагреве эвтектоидной стали (0,8 % С) перлит превращается в аустенит Ф + Ц А. Превращение состоит из двух одновременно протекающих процессов: полиморфного  перехода и растворения цементита в аустените.

В доэвтектоидной стали при нагреве выше температуры АС1 (7270С) после превращения перлита в аустенит образуется двухфазная структура: аустенит и феррит. При дальнейшем нагреве в интервале температур АС1- АС3 феррит постепенно превращается в аустенит: содержание углерода в аустените при этом уменьшается в соответствии с линией GS на диаграмме.

Аналогично протекает превращение в заэвтектоидной стали, за исключением того, что вместо феррита в ней при нагреве присутствует цементит, который и растворяется в аустените при увеличении температуры.

Механизм превращения перлита в аустенит состоит в зарождении и росте зерен. Первоначальные зародыши аустенита при нагреве немного выше критической температуры АС1 образуются сдвиговым путем при сохранении когерентных границ. При этом образуется назкоуглеродистый аустенит пластинчатой формы. Зародыш аустенита возникает на межфазной границе раздела феррита и цементита (рис.4).

Рисунок 4 – Последовательные стадии превращения стали с
ферритно-цементитной структурой при нагреве

При росте зародыша когерентность и решеток нарушается, сдвиговый механизм заменяется нормальным механизмом роста и зерна аустенита приобретают равноосную форму.

Диаграмма изотермического образования аустенита. Это экспериментально построенные диаграммы «время – температура – степень превращения» (рис.5). Для построения образцы нагревают быстро до температур выше АС1 и выдерживают различное время, фиксируя начало и конец превращения перлита в аустенит.

Рисунок 5 – Превращение перлита в аустенит при постоянной температуре

Рост участков аустенита в результате полиморфного  превращения происходит гораздо быстрее, чем растворение цементита, поэтому после превращения феррита в структуре стали сохраняется еще некоторое количество цементита. (III).

Скорость превращения зависит от:

1 – температуры нагрева (с ростом температуры процесс превращения перлита в аустенит резко ускоряется);

2 – от исходного состояния (чем тоньше ферритно-цементитная структура, тем больше зародышей аустенита возникает и меньше пути диффузии, т.е. быстрее протекает превращение, сфероидизация перлита резко замедляет аустенитное превращение);

3 – от количества углерода в стали (чем больше углерода, тем больше количество цементита, следовательно, больше поверхность раздела, больше зерен аустенита образуется);

4 – от количества легирующих элементов (хром, ванадий, молибден, вольфрам образуют карбиды, трудно растворяемые в аустените, и тем самым замедляют процесс его образования);

5 – от скорости нагрева (чем выше скорость нагрева, тем при более высокой температуре происходит превращение аустенита).

Измельчение и рост зерна аустенита при нагреве. Перегрев и пережог.

Начальное зерно аустенита мелкое. Чем выше скорость нагрева, тем мельче зерно аустенита. При дальнейшем нагреве или увеличении времени выдержки происходит избирательная рекристаллизация и зерно увеличивается.

В зависимости от условий выплавки стали различают наследственно мелкозернистую сталь и наследственно крупнозернистую. Под наследственной зернистостью понимают склонность аустенитного зерна к росту.

Стали, раскисленные в процессе выплавки кремнием (феррокремнием) и марганцем (ферромарганцем), обладают склонностью к непрерывному росту зерна и называются наследственно крупнозернистыми. Стали, раскисленные дополнительно алюминием, ванадием или титаном, не обнаруживают роста зерна при нагреве до значительно более высоких температур и называются наследственно мелкозернистыми. Наследственная мелкозернистость обусловлена наличием мелкодисперсных частиц (карбидов, нитридов, окислов), растворяемых при более высоких температурах, тогда зерно аустенита начинает заметно расти.

Чем мельче зерно, тем выше прочность, пластичность и вязкость стали, ниже порог хладноломкости и меньше склонность к хрупкому разрушению.

Размер зерна, полученный в стали в результате определенной термообработки, – это действительное зерно. Существует ГОСТ 5639-65 на определение балла зерна аустенита.Стали с номером зерна 1-5 считают крупнозернистыми, 6-15 – мелкозернистыми.

Перегрев – это продолжительный нагрев доэвтектоидной или заэвтектоидной стали при температурах, значительно превышающих АС3 или Асm, в результате образуется крупное действительное зерно, как при высокой, так и при комнатной температуре. Такие стали имеют видманштеттову структуру, излом таких сталей хрупкий. Исправить перегрев можно повторным нагревом стали до температуры выше точки АС3.

Пережог – еще более высокий нагрев в окислительной атмосфере, по границам крупных зерен образуются окислы железа. Излом стали камневидный. Пережог неисправимый дефект.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Под теорией термической обработки понимается описание процессов формирования структур (при превращениях), а также особенностей структурного состояния сплавов (неравновесные состояния).

Основными процессами, рассматриваемыми в теории термической обработки стали, являются фазовые превращения. Важнейшими из них являются: превращение перлита в аустенит, происходящее при нагреве стали; превращение аустенита в перлит при охлаждении; превращение аустенита в мартенсит при быстром охлаждении; и распад мартенсита при отпуске закаленной стали.

Задание на самоподготовку:

1 Выбрать режимы термической обработки для стали 20, позволяющие измельчить зерно, повысить твердость.

2 Выбрать режимы термической обработки для стали У9, позволяющие устранить цементитную сетку, повысить твердость и прочность.

Лекция 17. Превращение стали при охлаждении

Цели лекции:

1.Учебные:

– изучить особенности перлитного и мартенситного превращений

– изучить особенности превращений при отпуске мартенсита

2. Воспитательные:

– воспитание умений умственной деятельности;

– воспитание сознательного отношения к учебным обязанностям.

3. Развивающие:

– развитие умения воспринимать учебный материал в готовом виде и осмысленно изображать его в конспекте

Метод занятия: лекция

Время: 80 мин.

Место проведения: лекционный зал

Материальное обеспечение:

Плакаты:

1 Термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита

Литература, использованная при подготовке к лекции:

Гуляев А.П. Металловедение: Учеб. для вузов. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1986.

Лахтин Ю.М. Материаловедение и термическая обработка металлов: Учеб. для вузов. – М.: Металлургия, 1983.

Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учеб. для машиностр. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980.

Материаловедение: Учеб. для вузов. / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Н. Мулин и др. – М.: МГТУ им. Баумана, 2004.

Материаловедение и технология металлов: Учеб. для студентов высш. учеб. заведений, обучающихся по машиностр. специальностям / Под ред. Фетисова Г.П., Карпмана М.Г. и др. – М.: Высш. шк., 2000.

Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. – 3-е изд., перераб и доп. – М.: Металлургия, 1978.

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1 Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности слушателей к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие (время 3-5-мин)

2 Вступление (5 мин)

Вопросы лекции:

1 Термокинетические диаграммы распада (15 мин)

2 Особенности перлитного превращения (15 мин)

3 Распад аустенита при закалке (20 мин)

4 Особенности превращений при отпуске мартенсита (20 мин)

ВСТУПЛЕНИЕ

Основными процессами, рассматриваемыми в теории термической обработки стали, являются фазовые превращения. Важнейшими из них являются: превращение перлита в аустенит, происходящее при нагреве стали; превращение аустенита в перлит при охлаждении; превращение аустенита в мартенсит при быстром охлаждении; и распад мартенсита при отпуске закаленной стали.

Вопрос №1. Термокинетические диаграммы распада

Если сталь со структурой аустенита, полученной в результате нагрева до температуры выше Ас3 (для доэвтектоидной стали) или выше Аст (для эвтектоидной стали) переохладить до температуры ниже А1 , то аустенит оказывается в метастабильном состоянии и претерпевает превращение.

Для более точной оценки превращений, совершающихся при непрерывно меняющейся температуре, пользуются так называемыми термокинетическими или анизотермическими диаграммами превращений аустенита, диаграммами, характеризующими превращение аустенита при различных скоростях охлаждения.

Для изучения изотермического превращения аустенита небольшие образцы стали нагревают до температур, соответствующих существованию стабильного аустенита, а затем быстро охлаждают до температуры ниже А1 и выдерживают при этих температурах до полного распада аустенита.

Результаты исследования при постоянной температуре характеризует кривая, показывающая количество распавшегося аустенита в зависимости от времени, прошедшего с момента начала распада. Как видно из рис. 1,а, в течение некоторого промежутка времени (Н1, Н2, Н3) распад аустенита экспериментально не фиксируется. Этот период называют инкубационным.

Рисунок 1 – Построение диаграммы изотермического превращения
переохлажденного аустенита

По истечении этого периода аустенит начинает распадаться с образованием более стабильных структур. В области повышенных температур распад протекает с образованием структуры из феррита и цементита. Скорость распада сначала быстро увеличивается, а затем постепенно замедляется. Через некоторое время (К1, К2, К3) процесс распада полностью заканчивается или приостанавливается. Построение таких кривых после охлаждения до разных температур (t1, t2, t3 и т.д.) позволяет получить диаграмму изотермического превращения аустенита (рис. 1,б). Для этого нужно отрезки времени, соответствующие началу (Н1, Н2, Н3) и концу распада аустенита (К1, К2, К3 и т. д.) или какой-то заранее принятой степени превращения для каждой из исследуемых температур (t1, t2, t3), перенести на график, на котором до оси абсцисс откладывается время, а по оси ординат – температура, и одноименные точки соединить плавными кривыми. В диаграмме изотермического превращения аустенита (рис. 1,б) кривая 1 характеризует начало распада аустенита, а кривая 2 показывает время, необходимое для полного распада аустенита.

Область, лежащая левее кривой начала распада аустенита (рис. 1,б), определяет продолжительность инкубационного периода; в интервале температур и времени, соответствующих этой области, существует переохлажденный аустенит, практически не претерпевающий заметного распада. Длительность инкубационного периода характеризует устойчивость переохлажденного аустенита. С увеличением переохлаждения его устойчивость быстро уменьшается, достигая минимума, и далее вновь возрастает (рис. 1,б).

Вопрос №2. Особенности перлитного превращения

Превращение аустенита в перлит заключается в распаде аустенита. Для описания кинетики распада переохлажденного аустенита пользуются экспериментально построенными диаграммами изотермического превращения аустенита (время – температура – степень распада). Образцы нагревают до температур стабильного аустенита, затем быстро охлаждают до температур ниже точки Аr1  и выдерживают при данной температуре до полного распада аустенита. Результаты – кривая количества распавшегося аустенита в зависимости от времени с начала распада (рис.2).

Рисунок 2 – Диаграмма изотермического распада аустенита

Перлитное превращение переохлажденного аустенита протекает при температуре Аr 1 – 5000С. В процессе превращения происходит полиморфное  превращение и диффузионное перераспределение углерода в аустените, что приводит к образованию ферритно-цементитной структуры: АФ+Fe3C

Перед распадом аустенита углерод диффундирует внутри аустенита и скапливается в определенных местах на границе зерна аустенита и образованием зародышей цементита (рис.3)

Рисунок 3 – Схема возникновения и роста перлитного зерна

Рост зародышей цементита происходит за счет диффузии углерода из прилегающих областей аустенита, что приводит к обеднению углеродом и способствует превращению в феррит. Поэтому рядом с цементитными пластинами всегда образуются пластиня феррита. Процесс роста пластин продолжается до столкновения перлитных зерен.

Чем ниже температура распада аустенита, тем дисперснее феррито-цементитная смесь. Степень дисперсности характеризуют межпластинчатым расстоянием, оно равно усредненной суммой двух соседних толщин ферритной и карбидной пластин.

Перлит образуется при распаде аустенита при малых степенях переохлаждения (до температур около 7000С). Твердость перлита НВ 180-250, l0 =0,6-1,0 мкм.

При переохлаждениях до 6500С образуется мелкая феррито-карбидная смесь, которая называется сорбит. Твердость сорбита НВ 250-330, l0+0,25-0,3 мкм. При охлаждении аустенита до 5500С образуется еще более мелкая феррито-карбидная смесь – троостит. Твердость троостита НВ 330-400, l0=0,1-0,15 мкм. Сорбит и троостит называют квазиэвтектоидами, а перлит – эвтектоидом.

Однородный (гомогенный) аустенит всегда превращается в пластинчатый перлит. Следовательно, нагрев до высокой температуры образования гомогенного аустенита позволяет получать пластинчатый перлит. Если температуры нагрева недостаточно высоки, аустенит при них неоднородет, то в процессе его распада образуется зернистый перлит. Вероятно, оставшиеся не растворенными в аустените частицы являются дополнительными центрами кристаллизации и способствуют образованию зернистого цементита.

Твердость и прочность стали с феррито-перлитной смесью прямопропорциональны суммарной поверхности раздела между ферритом и цементитом. Поэтому, чем дисперснее структура стали, тем выше твердость, пределы прочности, текучести и выносливости возрастают. Относительное сужение и удлинение максимальны у сорбита, у троостита они падают.

Вопрос №3. Распад аустенита при закалке

Мартенситное превращение. Мартенсит – это упорядоченный пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в -железе. Если в равновесном состоянии растворимость углерода в -железе не превышает 0,002 %, то его содержание в мартенсите может достигать 2,14 %, т.е. как в исходном аустените.

Мартенсит имеет тетрагональную решетку, в которой один период “с” больше другого “а”. При увеличении содержания углерода высота тетрагональной призмы “с” увеличивается, а размеры ее основания уменьшаются. Атомы углерода занимают октаэдрические поры вдоль оси [001]. (рис.4)

Рисунок 4 – Кристаллическая ячейка мартенсита

Мартенситное превращение происходит только в том случае, когда быстрым охлаждением аустенит переохлажден до низких температур, при которых диффузионные процессы становятся невозможными. Превращение носит бездиффузионный характер, не сопровождается перераспределением атомов углерода и железа в решетке аустенита.

Мартенситное превращение происходит путем сдвига, т.е. кооперативного направленного смещения атомов в процессе перестройки решетки. Состав твердого раствора при этом не меняется. Часто после мартенситного превращения на поверхности микрошлифа виден характерный микрорельеф.

Рост кристалла мартенсита продолжается, пока не нарушена когерентность его решетки  и решетки аустенита.

Мартенсит разделяют на пластинчатый и реечный. Пластинчатый (чаще его называют игольчатым) наблюдается в закаденных средне- и высокоуглеродистых сталях. Мартенситный кристалл имеет форму тонкой пластины, обычно на шлифе видно сечение пластин в виде игл. Размер пластин мартенсита зависит от размера зерен аустенита. При очень мелком зерне аустенита игольчатое строение неразличимо под микроскопом при увеличениях 500-600 крат, такой мартенсит называют безструктурным.

Реечный мартенсит (называют иногда массивным) наблюдается в закаленных низко- и среднеуглеродистых сталях. Кристаллы имеют вид реек (планок), вытянутых в одном направлении. Эти рейки объединяются в пакеты. В одном зерне аустенита может быть несколько таких пакетов.

Температура начала и конца мартенситного превращения. Их зависимость от концентрации углерода. Количество образовавшегося мартенсита зависит от температуры, до которой охлажден образец (рис.5) – мартенситная кривая.

Чтобы мартенситное превращение развивалось, необходимо непрерывно охлаждать образец, в отличие от перлитного превращения, которое может проходить при постоянной температуре (в изотермических условиях). Количество мартенсита возрастает в результате образования все новых и новых кристаллов, а не в следствие роста уже возникших кристаллов. Поэтому у мартенситного превращения есть еще одна точка – Мк температура окончания мартенситного превращения (рис.6).

Положение точек МН и МК не зависит от скорости охлаждения и обусловлено химическим составом аустенита. Чем больше в аустените углерода, тем ниже температура этих точек (рис.6). Все легирующие элементы, растворенные в аустените, за исключением кобальта и алюминия, понижают точки МН и МК.

Рисунок 5 – Мартенситная кривая

В закаленных сталях, имеющих точку МК ниже 200С, а именно в углеродистых сталях, содержащих более 0,4-0,5 % углерода, присутствует остаточных аустенит. Его количество тем больше, чем ниже температуры точек МН и МК , т.е. чем выше содержание в аустените углерода и легирующих элементов за исключением Co и Al.

Рисунок 6 – Температура начала и конца мартенситного превращения в зависимости от содержания углерода

Если задержать на некоторое время охлаждение при температуре ниже МН, то непревращенный аустенит становится более устойчивым. При последующем охлаждении образуется меньше мартенсита. Явление стабилизации объясняют релаксацией напряжений, которые стимулируют мартенситное превращение.

Механические свойства мартенсита. Обладает высокой твердостью и прочностью. Причем твердость возрастает с увеличением содержания в нем углерода.

Временное сопротивление низкоуглеродистого мартенсита (0,025 % С) составляет 1000 МПа, а при 0,6-0,8 % С – достигает 2600-2700 МПа. Однако с повышением в мартенсите содержания углерода, возрастает его склонность к хрупкому разрушению. Мартенсит, содержащий свыше 0,35-0,4 % С, обладает пониженным сопротивлением зарождению трещины и особенно низким значением вязкости разрушения К.

Повышенная твердость и прочность мартенсита обусловдена пересышением твердого раствора на основе -Fe углеродом, повышенной плотностью дислокаций (1010-1012см-2), наличием атмосфер Коттрелла на дислокациях, большому числу различного рода границ и субграниц, затрудняющих движение дислокаций. Хрупкость мартенсита связана с образованием атмосфер из атомов углерода на дефектах строения.

Мартенсит по сравнению с другими структурными составляющими стали и, особенно, аустенитом имеет наибольший удельный объем – при 0,2-1,4 % С составляет 0,12227-0,12528 см3/г. Увеличение удельного объема при образовании мартенсита является одной из основных причин возникновения при закалке больших внутренних напряжений, вызывающих деформацию изделий и образование трещин.

Превращение аустенита в бейнит (промежуточное).

При изотермической выдержке в интервале температур от изгиба С-кривой (5500С) до точки МН образуется бейнит, а превращение называется бейнитным или промежуточным.

Бейнит представляет собой структуру, состоящую из -твердого раствора, претерпевшего мартенситное превращение и несколько пересыщенное углеродом, и частиц карбидов. Различают структуру верхнего и нижнего бейнита. Верхний бейнит образуется в области температур 550-3500С, имеет «перистый» вид (типа резаной соломы). Частицы карбидов выделяются не в виде пластинок, как в перлите, а в виде изолированных узких частиц. Нижний бейнит образуется при температурах ниже 3500С и имеет игольчатое (плас-тинчатое) стоение. Карбиды в нижнем бейните располагаются в пластинках -фазы.

Механизм бейнитного превращения – сочетает элементы перлитного и мартенситного превращений, диффузионное перераспределение углерода в аустените между продуктами его распада и мартенситное бездиффузионное превращение. При температурах бейнитного превращения самодиффузия железа и легирующих элементов практически невозможна, а диффузия углерода еще достаточно высока. Вначале бейнитного превращения происходит диффузионное перераспределение углерод выделение частиц карбидов, а в обедненных областях – мартенситное превращение, т.к. достигнута точка МН .

Отличие механизмов образования верхнего и нижнего бейнита в том, что в области образования верхнего бейнита вначале происходит перераспределение углерода и выделение карбидов происходит из аустенита. При образовании нижнего бейнита более значительно пересыщение -фазы, поэтому карбиды выделыются из -фазы.

Бейнитное превращение также имеет точки начала и конца превраще-ния. Нераспавшийся при изотермической выдержке аустенит может претерпеть мартенситное превращение или сохраниться.

Механические свойства бейнита. Верхний бейнит снижает пластичность стали по сравнению ссорбитом и трооститом. Твердость и прочность при этом практически не меняется. Это обусловлено выделением достаточно грубых карбидов по границам ферритных зерен.

Нижний бейнит имеет более высокую твердость и прочность по сравнению с тооститом и сорбитом при сохранении высокой пластичности. Это связано с наличием внедренных атомов углерода и большей плотностью дислокаций в -фазе, а также с образованием включений дисперсных карбидов в -кристаллах.

Изотермическое превращение аустенита в легированных сталях

Для легированных сталей изотермические диаграммы распада переохлажденного аустенита имеет два минимума устойчивости аустенита: один соответствует диффузионному перлитному превращению, другой – промежуточному бейнитному. (рис.7)

Рисунок 7 – Диаграммы изотермического распада переохлажденного
аустенита в легированной стали

В состав аустенита кроме углерода входят карбидообразующие элементы. Перлитное превращение в них сводится к полиморфному  превращению и диффузионному перераспределению углерода и легирующих элементов, в результате которого происходит образование легированного феррита и легированного цементита, т.е. перлита. Особенность промежуточного бейнитного превращения в легированных сталях – оно не идет до конца. Часть аустенита, обогащенного углеродом, при изотермической выдержке не распадается и при последующем охлаждении лишь частично превращается в мартенсит или вообще не претерпевать этого превращения.

Все легирующие элементы (за исключением кобальта) увеличивают устойчивость переохлажденного аустенита в области перлитного и бейнитного превращений и сдвигают вправо в сторону большего времени выдержки кривые начала и конца распада. Замедление распада аустенита в перлитной зоне объясняется малой скоростью диффузхии углерода в присутствии карбидооюразующих легирующих элементов, а также уменьшением скорости полиморфного  превращения.

В области температур бейнитного превращения возможна лишь диффузия углерода, и не возможна диффузия легирующих элементов. Поэтому при распаде аустенита образуется -раствор и цементит, имеющие то же содержание легирующих элементов, что и исходный аустенит. Особенно повышается устойчивость переохлажденного аустенита при одновременном легировании Сr  и Ni, Cr и Mo.

Превращение аустенита при непрерывном охлаждении

Чем больше скорость охлаждения и ниже температура распада аустенита, тем дисперснее образующаяся ферритно- цементитная структура. При небольшой скорости охлаждения V1 образуется перлит, при большей V2 – сорбит, при V3 – троостит. Бейнит при непрерывном охлаждении углеродистой стали обычно не образуется.

При достаточно больших скоростях охлаждения V4 образуется троостит и мартенсит, либо как при V5 диффузионный распад аустенита совсем становится невозможным, происходит мартенситное превращение. При непрерывном охлаждении всегда в структуре стали наряду с мартенситом присутствует остаточный аустенит.

Рисунок 8 – Наложение кривых охлаждения на диаграмму изотермического распада аустенита

Минимальная скорость охлаждения, при которой весь аустенит переохлаждается до точки МН и превращается в мартенсит, называется критической скоростью закалки. Критическая скорость закалки неодинакова для разных сталей и зависит от устойчивости аустенита, определяемой его составом. Чем больше устойчивость, тем меньше критическая скорость закалки. Наименьшей критической скоростью закалки обладает эвтектоидная сталь. Чем крупнее зерно аустенита и чем больше его однородность, тем выше устойчивость переохлажденного аустенита и меньше критическая скорость закалки.

Легирующие элементы повышают устойчивость аустенита и уменьшают критическую скорость закалки. Особенно заметно уменьшают критическую скорость закалки марганец и никель. Только кобальт повышает критическую скорость закалки.

Вопрос №4. Особенности превращений при отпуске мартенсита

Термическая обработка, заключающаяся в нагреве закаленной стали до температуры ниже точки АС1, называют отпуском. Структура закаленной стали – мартенсит и остаточный аустенит – является неравновесной. Переход в равновесное состояние при отпуске происходит путем распада мартенсита и остаточного аустенита. Распад идет по диффузионному механизму, поэтому скорость процесса обусловлена в основном температурой нагрева. В первую очередь начинает распадаться мартенсит – первое превращение при отпуске.

На первой стадии при температуре ниже 2000С в кристаллах мартенсита образуются карбиды. На их образование расходуется углерод только из участков мартенсита, непосредственно окружающих кристаллы выделившихся карбидов. Концентрация углерода в этих участках резко уменьшается, тогда как в удаленных от частиц участках сохраняется высокое содержание углерода. Таким образом, существуют два α-твердых раствора. Поэтому этот тип превращения называется двухфазным.

При таких низких температурах скорость диффузии очень мала, поэтому выделяются мелкодисперсные карбиды в форме пластинок толщиной в несколько атомных слоев и длиной несколько нм. Частицы такого ε-карбида (Fe2C) когерентны с решеткой α-раствора. КТР карбидов и α-раствора сильно различаются, поэтому между ними возникают сильные микроискажения кристаллических решеток обеих фаз.

Рисунок 9 – схема возникновения искажений решетки при образовании
зародыша внутри кристаллика α-твердого раствора

Вторая стадия распада мартенсита протекает при температуре 200-3500С. На этой стадии продолжают выделяться карбиды из мартенсита, и он продолжает обедняться углеродом. При этих температурах отпуска скорость диффузии углерода возрастает. Кристаллы карбида укрупняются. Концентрация углерода в кристаллах мартенсита практически однородна. По кристаллографическому строению и составу образующиеся карбиды отличаются от цементита. Это ε-карбид (Fe2C), решетка которого когерентна решетке мартенсита. Он образуется потому, что возникновение критического зародыша этого карбида требует меньшей флуктуации энергии.

Частицы карбидов имеют такое же содержание легирующих элементов, как и мартенсит, поскольку диффузионные процессы при этих температурах исключены.

Этот отпуск называется низкотемпературным. Структура стали – отпушенный мартенсит, который отличается от мартенсита закалки меньшей концентрацией в нем углерода и включением дисперсных кристалликов ε-карбида, когерентно связанных с решеткой мартенсита.

Степень тетрагональности мартенсита при отпуске уменьшается и при 3500С становится равной 1. Количество углерода приближается к равновесному в α-твердом растворе, однако решетка еще осталась упруго искаженной и отличается повышенной плотностью дефектов. Распад мартенсита при отпуске сопровождается уменьшением объема.

Легирующие элементы оказывают незначительное влияние на распад мартенсита только при температурах ниже 2000С. При более высоких температурах Cr, Mo, W, V, Si и Ti сильно тормозят процессы распада мартенсита, образования и роста карбидных частиц.

Второе превращение при отпуске – превращение остаточного аустенита. Механизм распада близок механизму бейнитного превращения переохлажденного аустенита. В результате образуются обедненный углеродом мартенсит и карбиды. Большинство легирующих элементов увеличивает количество остаточного аустенита и повышает температурный интервал его распада при отпуске. В некоторых высоколегированных сталях (быстрорежущих) распад остаточного аустенита происходит после отпуска при температуре 500-6000С.

Третье превращение при отпуске – снятие внутренних напряжений и карбидное превращение. Происходит при температуре 350-4000С. Полностью завершается выделение углерода из α-твердого раствора: происходит нарушение когерентности и обособление решеток карбида и феррита, образуется цементит Fe2CFe3C.

Изменяются размеры и форма частиц карбидов – они приближаются к сферической, растут в размерах. Наряду с карбидными превращениями происходит изменение структуры – полигонизация α-фазы и релаксация макро- и микронапряжений, возникающих при закалке в процессе мартенситного превращения. После отпуска при 350-4000С образуется структура – троостит отпуска.

Повышение температуры отпуска до 5000С и выше в углеродистых и во многих низко- и среднелегированных сталях не вызывает изменения фазового состава. Меняется микроструктура: происходит коагуляция и сфероидизация карбидов. Это происходит за счет переноса атомов углерода в α-твердом растворе, растворения более мелких и роста крупных частиц. Структура стали после высокого отпуска – сорбит отпуска.

Отличие от структуры сорбита и троостита, образовавшихся при распаде аустенита – зернистое строение частиц карбидов отпуска. Образование зернистых структур улучшает многие свойства – прочность и пластичность повышаются при одинаковых значениях твердости. Легирующие элементы замедляют процесс каогуляции карбидов. Выделение из твердого раствора специальных карбидов называется дисперсионным упрочнением.

Влияние отпуска на механические свойства.

Распад мартенсита при отпуске влияет на все свойства стали.

Некоторые легированные стали после отпуска при 250-400 и 500-5500С склонны к отпускной хрупкости – резкое снижение ударной вязкости. Отпускная хрупкость после отпуска при 25—4000С называется необратимой или I рода, присуща практически всем сталям. Повторный отпуск при той же температуре не улучшает вязкости. Устранить хрупкость этого вида удается нагревом до температуры свыше 4000С. При этом снижается твердость. Последующий нагрев при 250-4000С не снижает ударную вязкость. Излом стали в состоянии необратимой отпускной хрупкости – блестящий межкристаллитный.

Обратимая отпускная хрупкость или хрупкость II рода наблюдается после медленного охлаждения в печи или на воздухе от температур отпуска 500-5500С. Это явление характерно только для сталей определенной легированности: хром, никель, марганец, фосфор, кремний. Такая хрупкостьтсвязана с диффузией растворенных атомов фосфора и кремния к границе зерна, при этом избыточные фазы не выделяются, снижается работа образования межзеренных трещин, что приводит к развитию отпускной хрупкости. Хром, никель и марганец способствуют диффузионному перераспределению фосфора и кремния к границам зерен, а молибден и вольфрам, наоборот, снижают. Поэтому для уменьшения склонности стали к отпускной хрупкости II рода следует дополнительно легировать ее молибденом и вольфрамом.

Обратимая отпускная хрупкость не наблюдается при быстром охлаждении от температуры отпуска. Поэтому она может быть устранена повторным нагревом до температур 600-6500С и быстрым охлаждением. Она может быть вызвана вновь дополнительным отпуском определенной длительности при 500-5500С. Отсюда и ее название – обратимая.

Термическое старение углеродистой стали. Изменение свойств стали, протекающее во времени без заметного изменения микроструктуры. Характерно, главным образом, для малоуглеродистых сталей. Протекает в результате изменения растворимости углерода и азота в феррите в зависимости от температуры. После ускоренного охлаждения от 650-7000С (например при сварке, охлаждении тонкого листа после прокатки и т.д.) в низкоуглеродистой стали задерживается выделение третичного цементита и при нормальной температуре фиксируется пересыщенный α-твердый раствор (феррит). При последующей выдержке стали при комнатной температуре (естественное старение) или при небольшом нагреве (до 50-1500С – искусственное старение) происходит образование атмосфер Коттрелла или распад твердого раствора с выделением третичного цементита (ε-карбида) в виде дисперсных частиц. Из твердого раствора при старении могут выделяться частички нитрида Fe16N2 или Fe4N.

В сталях с более высоким содержанием углерода не происходит образование третичного цементита.

Деформационное (механическое) старение – процесс, протекающий после пластической деформации, если она проходит при температуре ниже температуры рекристаллизации, особенно при комнатной температуре (200). При комнатной температуре оно может развиваться в течение нескольких суток, а при температурах 200-3500С в течение нескольких минут.

Основное упрочнение связано с образованием атмосфер Коттрелла из атомов углерода и азота вокруг скопления дислокаций, что затрудняет движение дислокаций. При нагреве такой деформированной стали возможно образование частиц карбидов и метастабильной нитридной фазы Fe16N2 или стабильного нитрида Fe4N.

В сталях возможно одновременное протекание термического и деформационного старения (термодеформационное). Старение отрицательно сказывается на эксплуатационной долговечности деталей и конструкций: в строительных и мостовых сталях при гибке, монтаже и сварке, при низких атмосферных температурах и т.п.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для более точной оценки превращений, совершающихся при непрерывно меняющейся температуре, пользуются так называемыми термокинетическими или анизотермическими диаграммами превращений аустенита, диаграммами, характеризующими превращение аустенита при различных скоростях охлаждения. Результаты исследования отображаются на термокинетических диаграммах.

Превращение аустенита в перлит заключается в распаде аустенита. Для описания кинетики распада переохлажденного аустенита пользуются экспериментально построенными диаграммами изотермического превращения аустенита.

Мартенситное превращение происходит только в том случае, когда быстрым охлаждением аустенит переохлажден до низких температур (то есть при закалке)

Задание на самоподготовку:

1 Самостоятельно сравнить свойства структур с разной дисперсностью: аустенит, перлит, мартенсит, бейнит, сорбит, тростит.

2 Самостоятельно рассмотреть процессы, происходящие в стали 38ХС при закалке и последующем отпуске.

Лекция 18. Технология термической обработки стали

Цели лекции:

1 Учебные:

– изучить особенности, виды и назначение операции отжиг

– изучить режимы закалки и виды отпуска

2 Воспитательные:

– воспитание умений умственной деятельности;

– воспитание сознательного отношения к учебным обязанностям.

3 Развивающие:

– развитие памяти;

– развитие внимания;

– развитие мышления.

Метод занятия: лекция

Время: 80 мин.

Место проведения: лекционный зал

Материальное обеспечение:

Плакаты:

1 Схема полного отжига доэвтектоидной стали

2 Идеальная кривая охлаждения при закалке

3 Кривые охлаждения для различных способов закалки

Литература, использованная при подготовке к лекции:

Гуляев А.П. Металловедение: Учеб. для вузов. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1986.

Лахтин Ю.М. Материаловедение и термическая обработка металлов: Учеб. для вузов. – М.: Металлургия, 1983.

Материаловедение и технология металлов: Учеб. для студентов высш. учеб. заведений, обучающихся по машиностр. специальностям / Под ред. Фетисова Г.П., Карпмана М.Г. и др. – М.: Высш. шк., 2000.

Металловедение и термическая обработка стали: Справ. Изд. – 3-е изд. перераб. и доп. / Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштадта А.Г. – М.: Металлургия, 1983.

Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. – 3-е изд., перераб и доп. – М.: Металлургия, 1978.

Травин О.В., Травина Н.Т. Материаловедение: Учеб. для втузов. – М.: Металлургия, 1989.

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1 Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности слушателей к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие (время 3-5-мин)

2 Вступление (5 мин)

Вопросы лекции:

1 Выбор температуры и времени нагрева (15 мин)

2 Особенности, виды и назначение операции отжиг (20 мин)

3 Выбор режимов закалки и параметры контроля (20 мин)

4 Классификация видов отпуска (15 мин)

ВСТУПЛЕНИЕ

Упрочнению термической обработкой подвергаются до 8–10% общей выплавки стали в стране. В машиностроении объем термического передела составляет до 40% стали, потребляемой этой отраслью. Номенклатура упрочняемых деталей велика – от деталей приборов, разнообразных деталей машин до крупных элементов металлургического, транспортного, энергетического оборудования.

Основными видами термической обработки, различно изменяющими структуру и свойства стали и назначаемыми в зависимости от требований, предъявляемых к полуфабрикатам (отливкам, поковкам, прокату и т д.) и готовым изделиям, являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Вопрос №1. Выбор температуры и времени нагрева

Температура закалки для сталей большинства марок определяется положением критических точек А1 и А3.

Для углеродистых сталей температуру закалки можно определить по диаграмме железо – углерод (рис. 1). Обычно для доэвтектоидной стали она должна быть на 30 – 50°С выше Ас3, а для эаэвтектоидной стали – на З0 – 50°С выше Ас1.

При закалке доэвтектоидной стали с температуры выше Ас1, но ниже Ас3 в структуре наряду с мартенситом сохраняется часть феррита, который снижает твердость в закаленном состоянии и ухудшает механические свойства после отпуска. Такая закалка называется неполной и, как правило, ее не применяют.

Для заэвтектоидных сталей оптимальная температура закалки, наоборот, лежит в интервале между Ас1 и Ас3 и теоретически является неполной.

Рисунок 1 – Оптимальный интервал закалочных температур
углеродистой стали

Наличие в структуре закаленной стали избыточного цементита полезно во многих отношениях. Например, включения избыточного цементита повышает износоустойчивость стали. Нагрев же выше Ас3 опасен и не нужен, так как он не повышает твердости, наоборот, твердость даже несколько падает вследствие растворения избыточного цементита и увеличения остаточного аустенита; при таком нагреве растет зерно аустенита, увеличивается возможность возникновения больших закалочных напряжений, интенсивнее обезуглероживается сталь с поверхности и т. д.

Таким образом, оптимальной является закалка доэвтектоидной стали от температуры на 30 – 50°С выше Ас3, а для заэвтектоидной стали на 30 – 50°С выше Ас1.

Повышение температуры закалки выше этих температур и вызванный этим рост зерна аустенита обнаруживаются в первую очередь в получении более грубой и крупноигольчатой структуры мартенсита, или грубого крупнокристаллического излома. Следствием такого строения является низкая вязкость.

Общее время нагрева складывается из времени нагрева до заданной температуры (τн) и времени выдержки при этой температуре (τв):

Величина τн зависит от нагревающей способности среды, от размеров и формы деталей, от их укладки в печи; τв зависит от скорости фазовых превращений, которая определяется степенью перенагрева выше критической точки и дисперсностью исходной структуры.

Время нагрева зависит от многих факторов и на практике колеблется от 1 – 2 мин (нагрев мелких деталей в соли) до многих часов (нагрев крупных деталей тяжелого машиностроения в печи).

Точно установить время нагрева можно лишь опытным путем для данной детали в данных конкретных условиях, а приближенно – можно подсчитать. Имеется несколько приближенных способов расчета времени нагрева.

Вопрос №2. Особенности, виды и назначение операции отжиг

Основными видами ТО стали, определяющими их структуру и свойства, являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг – процесс термической обработки, заключающийся в нагреве стали до определенной температуры и последующее, как правило, медленное охлаждение с печью с целью получения более равновесной структуры.

Отжиг I рода – характерная особенность этого отжига состоит в том, что устранение неоднородности происходит независимо от того, протекают ли в сплавах при этой обработке фазовые превращения или нет, поэтому отжиг I рода можно производить при температурах выше или ниже температур фазовых превращений. К этому типу отжига относятся:

– гомогенизационный отжиг – применяют для слитков легированной стали с целью уменьшения дендритной или внутрикристаллитной ликвации, которая повышает склонность стали обрабатываемой давлением, к хрупкому разрушению, к анизотропии свойств и возникновению таких дефектов, как шиферность (слоистый излом) и флокены (тонкие внутренние трещины, наблюдаемые в изломе в виде белых овальных пятен); нагрев слитков до 1100-12000С, выдержка при этой температуре 8-15 часов, медленное охлаждение с печью до 2000С; процесс продолжается около 80 – 100 часов;

– рекристаллизационных отжиг – нагрев холоднодеформированной стали выше температур начала рекристаллизации, выдержку при этой температуре с последующим охлаждением; цель – устранить наклеп после деформации, привести структуру в равновесное состояние перед следующим этапом холодного деформирования;

– высокий отпуск – проводят для уменьшения твердости, нагрев до температуры ниже точки А1 (650-7000С) в течение 3-15 часов и медленное охлаждение; структура стали – феррит и зернистый или пластинчатый перлит; применяют для улучшения обработки резанием (структурно свободный феррит налипает на кромки режущего инструмента);

– отжиг для снятия остаточных напряжений – применяют для отливок, сварных изделий, деталей после обработки резанием и др., проводят при температуре 160-7000С с последующим медленным охлаждением; цель – снятие остаточных напряжений, возникших в результате неравномерного охлаждения, неоднородной пластической деформации и т.п. после сварки, обработки резанием и т.д.

Отжиг II рода (фазовая перекристаллизация) нагрев стали до температур выше точек АС1 или АС3, выдержке и медленном охлаждении. При этом протекают фазовые α→γ превращения, определяющие структуру и свойства стали. Различают следующие виды отжига:

Полный отжиг – нагрев доэвтектоидной стали на 30-500С выше температуры АС3, выдержке при этой температуре до полного прогрева и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении (рис.2). при этом отжиге происходит полная фазовая перекристаллизация стали.

Рисунок 2 – Схема полного отжига доэвтектоидной стали

Изотермический отжиг – состоит обычно в нагреве легированной стали, как и для полного отжига, и в сравнительно быстром охлаждении до температуры, лежащей ниже точки А1 (обычно 660-6800С). При этой температуре проводят изотермическую выдержку 3-6 часов для полного распада аустенита, затем – охлаждение на воздухе (рис.3)

Изотермическому отжигу чаще подвергают поковки, штамповые заготовки, сортовой прокат из легированной цементуемой стали небольших размеров.

Патентирование – применяют для пружинной (канатной) проволоки, после изотермического отжига и полной аустенизации пропускают через расплавленную соль температуроц 450-5500С; в результате распада аустенита образуется тонкопластинчатый троостит или сорбит, на такой структуре возможны большие обжатия без обрывов при холодном волочении и прочность σв =2000-2250 Мпа.

Рисунок 3 – Схема изотермического отжига:

а – график отжига; б – изотермическая диаграмма с кривой охлаждения при изотермическом отжиге

Неполный отжиг – сталь нагревают до более низкой температуры (немного выше А1). Для доэвтектоидных сталей такой отжиг улучшает обрабатываемость резанием. Для заэвтектоидных и легированных сталей такой отжиг называется сфероидизацией, поскольку приводит к образованию зернистого (сфероидального) перлита вместо пластинчатой. Температуры сфероидизации для заэвтектоидных углеродитсых сталей 770-7900С, для эвтектоидных – 750-7600С, для легированных заэвтектоидных – 770-8200С. Охлаждение при сфероидизации медленное.

Сфероидизации подвергают тонкие листы и прутки из низко- и среднеуглеродистой стали перед холодной штамповкой или волочением для повышения пластичности. Кроме того, для улучшения обработки резанием: повышения соростей резания и достижения наилучшей чистоты поверхности.

Нормализация – нагрев доэвтектоидной стали до температуры, превышающей точку АС3 на 40-500С, заэвтектоидной стали – выше точки АСТ на 40-500С, непродолжительная выдержка при этой температуре для прогрева садки и завершения фазовых превращений и охлаждение на воздухе. Происходит полная фазовая перерекристаллизация стали, устраняется крупнозернистая структура после литья или прокатки, ковки, штамповки. Охлаждение на воздухе (можно считать его ускоренным) приводит к распаду аустенита при более низких температурах с образованием дисперсной ферритно-цементитной структуры.

 Вопрос №3. Выбор режимов закалки и параметры контроля

Закалка – нагрев стали до температуры выше критической (А3 для доэвтектической и А1 для заэвтектической) или до температцры растворения избыточных фаз, выдержка при этой температуре и быстрое охлаждение со скоростью выше критической. Закалка не является окончательной операцией ТО. Для снятия напряжений после закалки, уменьшения хрупкости, получения требуемых механических свойств сталь обязательно подвергают отпуску.

Время нагрева под закалку складывается из времени нагрева до заданной температуры и времени выдержки при этой температуре. Первое определяется нагревающей способностью среды, размерами и формой деталей, а второе – скоростью фазовых превращений, которая зависит от перенагрева выше критической точки и дисперсностью исходной структуры.

При выборе среды нагрева следует учитывать реакции окисления и обезуглероживания поверхности. Часто для предохранения деталей от этих явлений используют защитные атмосферы, которые представляют собой продукты сжигания метана, или инертные газы (аргон, гелий), или вакуум.

Закалочные среды должны обеспечивать получение структуры мартенсита в пределах всего сечения изделия, не должны вызывать появление закалочных дефектов (трещин, деформаций, коробления и т.п.). Идеальная кривая охлаждения при закалке показана на рис.4

Рисунок 4 – Идеальная кривая охлаждения при закалке

В качестве закалочных сред используют воду, водные растворы щелочей и солей, масла, смесь воды с воздухом, охлаждение под давлением в среде азота, аргона и водорода.

Закаливаемость – способность стали повышать твердость в результате закалки, определяется содержанием углерода в стали.

Прокаливаемость – способность стали получать закаленный слой с мартенситной или троостито-мартенситной структурой и высокой твердостью на определенную глубину. Определяется критической скоростью охлаждения, зависящей от состава стали.

Глубина закаленного слоя – расстояние от поверхности до полумартенситной зоны (50% мартенсита+50% троостита). Диаметр заготовки, в центре которой после закалки в данной охлаждающей среде образуется полумартенситная структура, называют критическим диаметром. Величина критического диаметра определяет размер сечения изделия, прокаливающегося насквозь, т.е. получающего высокую твердость, а после отпуска и высокие механические свойства по всему сечению.

В зависимости от состава стали, формы и размеров детали и требуемых в термически обработанной детали свойств выбирать оптимальный способ закалки, наиболее просто осуществимый и одновременно обеспечивающий нужные свойства. Основные способы закалки:

1 Закалка в одном охладителе (рис.5, кривая 1) – наиболее простой способ. Нагретую до определенных температур деталь погружают в закалочную жидкость, где она остается до полного охлаждения. Этот способ применяют при закалке несложных деталей из углеродистых и легированных сталей.

2 Прерывистая закалка, или закалка в двух средах (рис.5, кривая 2). Деталь охлаждают сначала в быстро охлаждающей среде, а затем в медленно охлаждающей. Обычно первое охлаждение проводят в воде, а затем деталь переносят в масло, или охлаждают на воздухе. В мартенситном интервале сталь охлаждается медленно, что способствует уменьшению внутренних напряжений. Этот способ применяют при закалке инструмента из высокоуглеродистых сталей.

Рисунок 5 – Кривые охлаждения для различных способов закалки

3 Струйчатая закалка заключается в обрызгивании детали интенсивной струей воды и обычно ее применяют тогда, когда требуется закалить часть детали. При этом способе не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем простая закалка в воде.

4 Закалка с самоотпуском.

5 Ступенчатая закалка (рис. 5, кривая 3). Дталь охлаждается в закалочной среде, имеющей температуру выше мартенситной точки для данной стали. При охлаждении и выдержке в этой среде закаливаемая деталь должна приобрести ко всех точках сечения температуру закалочной ванны. Затем следует окончательное, обычно медленное, охлаждение, во время которого и происходит закалка, т. е. превращение аустенита в мартенсит. Разбивка охлаждения на две ступени

6 Изотермическая закалка (рис. 5, кривая 4). В отличие от ступенчатой пи изотермической закалке необходимо выдерживать сталь в закалочной среде столько времени, чтобы успело закончиться изотермическое превращение аустенита. бычно температура изотермического распада аустенита лежит в интервале 250—350°С. В результате изотермической закалки с распадом аустенита в этом районе температур сталь обладает меньшей твердостью, чем при любых способах закалки, но обычно повышенной вязкостью.

Обработка стали холодом заключается в охлаждении закаленной стали, в структуре которой имеется остаточный аустенит, до тёмператур ниже 0°С.

Сущность этого метода заключается в следующем. Во многих сортах стали в закаленном состоянии содержится повышенное количество остаточного аустенита. Если точка конца мартенситного превращения лежит ниже 0°С (например, в углеродистой стали при содержании углерода более 0,5%), то, очевидно, охлаждение ниже 0°С вызовет дополнительное образование мартенсита.

Увеличение количества мартенсита: а) повышает твердость; б) увеличивает объем; в) повышает магнитные характеристики; г) стабилизирует размеры.

Эти изменения тем значительнее, чем больше образуется мартенсита в результате обработки холодом.

Неправильно проведенная закалка может вызвать различные дефекты. Наиболее распространенные из них: недостаточная твердость, мягкие пятна, повышенная хрупкость, обезуглероживание и окисление поверхности и, наконец, коробление, деформации и трещины.

Вопрос №4. Классификация видов отпуска.

Отпуск – нагрев закаленной стали до температур ниже АС1, выдержке при этой температуре и охлаждении с определенной скоростью. Это окончательная операция после закалки, получают требуемые свойства стали, снимаются все внутренние напряжения. Чем выше температура отпуска и медленнее охлаждение, тем полнее снимаются внутренние напряжения. Различают 3 вида отпуска:

Низкотемпературный (низкий) отпуск – нагрев до 2500С. Снижаются закалочные микронапряжения, мартенсит закалки переводится в отпущенный мартенсит, повышается прочность и немного улучшается вязкость без заметного снижения твердости. Закаленная сталь (0,5–1,3% С) после низкого отпуска сохраняет твердость в пределах HRC 58–63, а следовательно, высокую износостойкость. Применяется для режущего и мерительного инструмента из углеродистых и низколегированных сталей, а также после поверхностной закалки, цианирования и цементации (нитроцементации).

Среднетемпературный (средний) отпуск – при 350-5000С применяют главным образом для пружин и рессор, а также для штампов. Структура стали обычно – троостит отпуска или троостомартенсит с твердостью HRC 40–50. Обеспечивает высокие пределы упругости и выносливости на релаксационную стойкость.

Высокотемпературный (высокий) отпуск – при температурах 500-6800С. Структура – сорбит отпуска. Создает наилучшее соотношение прочности и вязкости. То, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется улучшением.

Термомеханическая обработка (ТМО). Заключается в сочетании пластической деформации стали в аустенитном состоянии с закалкой. Наиболее распространенными видами ТМО являются (рис.6):

– высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО) – сталь деформируют при температуре выше АС3, структура стали – аустенит, деформации составляют 20-30 %. После деформации следует немедленная закалка во избежание рекристаллизации.

– низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО) – сталь деформируют в температурной зоне существования переохлажденного аустенита (400-6000С), выше МН , но ниже температуры рекристаллизации. Степень деформации составляет 75-95 %. Закалку проводят сразу после деформации.

Рисунок 6 – Классификационная схема ТМО

После закалки в обоих случаях следует низкий отпуск (100-3000С). Такая комбинированная обработка позволяет получить очень высокую прочность σв=2200-3000 МПа при хорошей пластичности и вязкости. Это достигается за счет образования фрагментированной структуры с дислокационными границами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Под термической обработкой понимают изменение структуры, а следовательно, и свойств сплава, достигаемое нагревом до определенной температуры, выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением с заданной скоростью.

Существует несколько видов термической обработки (отжиг, нормализация, закалка, отпуск), различно изменяющих структуру и свойства стали и назначаемых в зависимости от требований, предъявляемых к полуфабрикатам (отливкам, поковкам, прокату и т. д.) и готовым изделиям.

Термическая обработка стали является важной операцией в технологическом цикле изготовления многих изделий. Только при помощи термической обработки можно получить высокие механические свойства стали, обеспечивающие нормальную работу современных деталей машин и инструментов.

Задание на самоподготовку:

1 В чем заключаются общие черты и отличия различных видов отжига?

2 Какой вид термической обработки применяют для пружинной проволоки?

3 В чем заключаются особенности нормализации и ее назначение.

4 Как определить качество закаленного слоя?

5 Для чего проводят термомеханическая обработка?

Лекция 19. Технология химико-термической обработки

Цели лекции:

1 Учебные:

– изучить технологи  химико-термической обработки стали

– изучить виды химико-термической обработки

2 Воспитательные:

– воспитание умений умственной деятельности;

– воспитание сознательного отношения к учебным обязанностям.

3 Развивающие:

– развитие умения воспринимать учебный материал в готовом виде и осмысленно изображать его в конспекте

Метод занятия: лекция

Время: 80 мин.

Место проведения: лекционный зал

Материальное обеспечение:

Плакаты:

1 Схема формирования многофазного поверхностного слоя при ХТО

2 Зависимость толщины диффузионного слоя от продолжительности насыщения, температуры и изменение концентрации по толщине диффузионного слоя

Литература, использованная при подготовке к лекции:

Гузанов Б.Н., Косицын С.В., Пугачева Н.Б. Упрочняющие защитные покрытия в машиностроении. – Екатеринбург: УрО РАН, 2003.

Материаловедение: Учеб. для вузов. / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Н. Мулин и др. – М.: МГТУ им. Баумана, 2004.

Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учеб. для машиностр. вузов – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980.

Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справ. / Г.В. Борисенок, Л.А. Васильев, А.Г. Ворошин и др. – М.: Металлургия, 1981.

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1 Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности слушателей к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие (время 3-5-мин)

2 Вступление (5 мин)

Вопросы лекции:

1 Сущность и этапы ХТО (20 мин)

2 Виды ХТО (15 мин)

3 Сущность процесса цементации (20 мин)

4 Сущность и назначение азотирования, борирования, алитирования (15 мин)

ВСТУПЛЕНИЕ

Химико-термическая обработка по сравнению с поверхностной закалкой, например высокочастотной, обладает некоторыми особенностями и преимуществами (уступая поверхностной закалке в производительности): 1 Независимость от внешней формы изделия. С одинаковым успехом можно обрабатывать и сложные, и простые по форме изделия, получая по всей поверхности упрочненный слой одинаковой толщины. 2 Большее различие между свойствами сердцевины и поверхности, чем при поверхностной закалке. При химико-термической обработке разница в свойствах определяется различием в строении в составе, а при поверхностной закалке – только различием в строении. 3 Последствия перегрева поверхности могут быть устранены последующей термической обработкой, тогда как при поверхности закалке перегрев не может быть устранен, так как она является последней операцией.

Вопрос №1. Сущность и этапы химико-термической обработки

Химико-термической обработкой (ХТО) называют обработку, заключающуюся в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя детали в необходимом направлении. При этом происходит поверхностное насыщение металлического материала соответствующим элементом (C, N, B, Al, Cr, Si, Ti и др.) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды (твердой, газовой, паровой, жидкой) при высокой температуре.

При ХТО одновременно протекают несколько процессов:

1 – диссоциация – образование в окружающей среде (или в отдельном реакционном объеме) диффундирующего элемента в атомарном (ионизированном) состоянии; концентрация его в насыщающей среде должна быть достаточно высока для протекания химических реакций;

2 – адсорбция атомов (ионов) на поверхность металла с образованием химических связей между ионами насыщающего элемента и основного металла (хемосорбция); может проходить только в том случае, если диффундирующий элемент образует с основным металлом стали или сплава твердый раствор или химическое соединение;

3 – диффузия адсорбированных атомов от поверхности в глубь обрабатываемого металла (изделия). В результате образуется диффузионный слой, на поверхности которого концентрация диффундирующего элемента наибольшая; по мере удаления от поверхности концентрация падает (рис. 1), глубина проникновения (у на рис.1) будет представлять собой толщину слоя.

Рисунок 1 – Изменение концентрации диффундирующего элемента по глубине

Если насыщающий элемент В образует с металлом А систему сплавов с ограниченной растворимостью и с химическими соединениями (рис. 2, а), то строение слоя будет определяться изотермическим разрезом диаграммы состояния этой системы при температуре диффузионного насыщения.

В этом случае образуется многослойный диффузионный слой, причем на границе раздела слоев концентрация изменяется скачкообразно.

Толщина диффузионного слоя зависит от температуры и продолжительности насыщения. (рис. 3).

Рисунок 2 – Система сплавов с ограниченной растворимостью и

химическими соединениями:

а – диаграмма состояния (заштрихованы однофазные области);
б – распределение концентрации диффундирующего элемента и строение
диффузионного слоя

Толщина диффузионного слоя х в зависимости от продолжительности процесса τ при данной температуре обычно выражается параболической зависимостью. Следовательно, с течением времени скорость увеличения толщины слоя непрерывно уменьшается (рис. 3, а). Толщина диффузионного слоя, при прочих равных условиях, тем больше, чем выше концентрация диффундирующего элемента на поверхности металла (рис. 3, в).

Концентрация диффундирующего элемента на поверхности зависит от активности окружающей среды, обеспечивающей приток атомов этого элемента к поверхности, скорости диффузионных процессов, приводящих к переходу этих атомов в глубь металла, состава обрабатываемого металла, состава и структуры образующих фаз. Повышение температуры увеличивает скорость процесса диффузии, поэтому толщина диффузионного слоя, образующегося за данный отрезок времени, сильно возрастает с повышением температуры процесса (рис. 3, в).

Рисунок 3 – Зависимость толщины диффузионного слоя от
продолжительности насыщения (а), температуры (б) и изменение
концентрации по толщине диффузионного слоя (в)

Толщина диффузионного слоя зависит также от концентрации диффундирующего элемента (активности насыщающей среды) и типа образующегося твердого раствора или химического соединения. Чем выше концентрация диффундирующего элемента на поверхности сплава (т.е. выше активность смеси), тем больше толщина диффузионного слоя при данной температуре и длительности ХТО. Диффузия элементов легче протекает в ОЦК решетке, чем в ГЦК, т.е. при насыщении α-железа образуются слои большей толщины, чем при ХТО γ-железа при одинаковых режимах ХТО. Скорость диффузии атомов при образовании твердых растворов внедрения значительно выше, чем при образовании  твердых растворов замещения. Поэтому при одной температуре и длительности выдержки толщина диффузионного слоя в случае образования твердого раствора внедрения будет больше (цементация и азотирование), чем в случае образования твердых растворов замещения (хромирование, алитирование, силицирование).

Вопрос №2. Виды ХТО

В промышленности применяют множество способов химико-термической обработки, различающихся диффундирующими элементами, типом и составом внешней среды, химизмом процессов в ней, техникой исполнения и другими признаками.

В зависимости от агрегатного состояния внешней среды, в которую помещают обрабатываемое изделие, различают химико-термическую обработку в твердой, жидкой и газовой средах.

При химико-термической обработке в жидкой среде атомы элемента, диффундирующего в изделие, образуются в результате химических реакций в расплавленной соли (например, в NaCN при цианировании стали) или поступают непосредственно из расплавленного металла (например, из расплава алюминия при диффузионном алюминировании стали).

При химико-термической обработке в газовой среде диффундирующий элемент образуется в результате реакций диссоциации (СН4 → С + 2Н2), диспропорционирования (2СО → С + СО2), обмена (CrCl2 + FeCr + FeCl2) и восстановления (VC12 + Н2V+2HC1).

Газовая среда и активная газовая фаза, образующаяся при нагреве изделий в твердой среде, в промышленных процессах служат самыми распространенными поставщиками атомов элементов, которыми обогащаются поверхностные слои изделия.

Для химико-термической обработки наиболее удобна чисто газовая среда: ее состав легко регулировать, она быстро прогревается до заданной температуры, позволяет полностью механизировать и автоматизировать процесс химико-термической обработки и сразу проводить закалку (без повторного нагрева).

Основываясь на физико-химической характеристике активной фазы, поставляющей диффундирующий элемент, Г. Н. Дубинин предложил следующую классификацию методов химико-термической обработки: насыщение из твердой фазы, насыщение из паровой фазы, насыщение из газовой фазы и насыщение из жидкой фазы. Согласно этой классификации цементацию стали в твердом карбюризаторе следует относить к методу насыщения из газовой фазы, а диффузионное хромирование в порошке хрома – к методу насыщения из паровой фазы.

По характеру изменения химического состава обрабатываемого изделия все разновидности химико-термической обработки можно разделить на три группы: диффузионное насыщение неметаллами, диффузионное насыщение металлами и диффузионное удаление элементов. Эти группы включают разнообразные промышленные процессы химико-термической обработки (табл. 1).

Каждый процесс химико-термической обработки может осуществляться разными методами (насыщением из газовой, паровой, жидкой или твердой фазы) и в самом разнообразном техническом исполнении (например, с получением активной газовой фазы в рабочем пространстве печи или в отдельном генераторе и т. п.).

Таблица 1 – Разновидности химико-термической обработки

Диффузионное насыщение неметаллами

Диффузионное насыщение металлами

Диффузионное удаление элементов

Науглероживание (цементация)

Азотирование

Цианирование

Нитроцаментация

Борирование

Силицирование

Сульфидирование

Сульфоцианирование

Насыщение кислородом *

Внутреннее окисление *

Алитирование

Хромирование диффузионное Хромоалитирование

Цинкование диффузионное Меднение диффузионное Титанирование Бериллизация Ванадирование

Обезводороживание

Обескислороживание

Обезуглероживание

Комплексное удаление примесей

*Насыщение кислородом – поверхностное, а внутреннее окисление – это насыщение всего объема изделия кислородом с целью образования дисперсных окислов.

 Вопрос №3. Сущность процесса цементации

Цементации подвергают изделия из сталей с низким содержанием углерода (обычно до 0,25%).

При цементации происходит поверхностное насыщение стали углеродом, в результате чего получается высокоуглеродистый поверхностный слой. Так как для цементации берут низкоуглеродистую сталь, то сердцевина остается мягкой и вязкой, несмотря на то что после цементации сталь подвергается закалке.

Различают два вида цементации: твердую и газовую.

При цементации в твердом карбюризаторе изделия укладывают в ящики, куда засыпают древесный уголь, смешанный с 20 – 25% ВаСО3. При нагреве углерод древесного угля, соединяясь с кислородом воздуха, находящегося в цементационном ящике между частицами карбюризатора, образует окись углерода:

2С (уголь) + О2 → 2СО.

В контакте с железом окись углерода дает атомарный углерод:

2СО → СО2 + С (атомарн).

Этот активный углерод поглощается аустенитом и диффундирует в глубь изделия.

Добавка ВаСО3 сильно интенсифицирует процесс цементации, поставляя дополнительное количество окиси углерода и соответственно активного углерода:

ВаСО3 + С (уголь) → ВаО + 2СО и 2СО → СО2 + С (атомарн.).

Для газовой цементации в качестве карбюризатора используют природный газ (состоит в основном из СН4), контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах, а также жидкие углеводороды (керосин, бензол и др.), каплями подаваемые в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют активную газовую фазу.

Основной поставщик углерода в газообразных карбюризаторах – метан:

СН4 –– 2Н2 + С.

В искусственно полученной контролируемой атмосфере таким поставщиком является окись углерода.

В зависимости от состава газовой смеси и состава стали атмосфера в печи может быть науглероживающей, обезуглероживающей и нейтральной. В последнем случае концентрация углерода в стали является равновесной для данного состава газовой смеси, и такую концентрацию (а более строго – соответствующую термодинамическую активность углерода) называют углеродным потенциалом данной атмосферы. Если концентрация углерода в стали ниже той, которая соответствует равновесию с атмосферой, то будет происходить науглероживание.

Газовая цементация – основной процесс при массовом производстве, а цементацию в твердом карбюризаторе используют в мелкосерийном производстве.

Глубина цементации в зависимости от назначения изделия и состава стали обычно находится в пределах 0,5–2,0 мм.

Цементацию проводят при 910–930°С, а иногда для ускорения – при 1000–1050°С. С повышением температуры уменьшается время достижения заданной глубины цементации. Так, при газовой цементации науглероженный слой толщиной 1,0–1,3 мм получают при 920°С за 15 ч, а при 1000°С – за 8 ч. Чтобы предотвратить сильный перегрев (рост аустенитного зерна), высокотемпературной цементации подвергают наследственно мелкозернистые стали.

Концентрация углерода в поверхностном слое изделия обычно составляет 0,8–1,0% и не достигает предела растворимости при температуре цементации. Следовательно, сетка Fe3C при температуре цементации не образуется, и поверхностный слой, как и сердцевина, находится в аустенитном состоянии. После медленного охлаждения цементованный слой с переменной концентрацией углерода состоит из феррита и цементита и характеризуется гаммой структур, типичных для заэвтектоидной, эвтектоидной и доэвтсктоидпой стали.

Цементация является промежуточной операцией, цель которой – обогащение поверхностного слоя углеродом. Требуемое упрочнение поверхностного слоя изделия достигается закалкой после цементации. Закалка должна не только упрочнить поверхностный слой, но и исправить структуру перегрева, возникающую из-за многочасовой выдержки стали при температуре цементации.

После цементации в твердом карбюризаторе ответственные изделия подвергают двойной закалке, так как содержание углерода в сердцевине и на поверхности изделия разное, а оптимальная температура нагрева под закалку зависит от содержания углерода в стали.

Первую закалку проводят с нагревом до 850–900°С (выше точки А3 сердцевины изделия), чтобы произошла полная перекристаллизация с измельчением аустенитного зерна в доэвтектоидной стали. В углеродистой стали из-за малой глубины прокаливаемости сердцевина изделия после первой закалки состоит из феррита и перлита. Вместо первой закалки к углеродистой стали можно применять нормализацию. В прокаливающейся насквозь легированной стали сердцевина изделия состоит из низкоуглеродистого мартенсита. Такая структура обеспечивает повышенную прочность и достаточную вязкость сердцевины.

После первой закалки цементованный слой оказывается перегретым и содержащим повышенное количество остаточного аустенита. Поэтому применяют вторую закалку с температуры 760–780°С, оптимальной для заэвтектоидных сталей. После второй закалки поверхностный слой состоит из мелкоигольчатого высокоуглеродистого мартенсита и глобулярных включений вторичного карбида.

Рисунок 4 – Режимы термической обработки цементированных деталей

При газовой цементации чаще всего применяют одну закалку с цементационного нагрева после подстуживания изделия до температуры 840–860°С. После закалки цементованные изделия всегда нагревают до 160–180°С для уменьшения закалочных напряжений.

Цементацию широко применяют в машиностроении для повышения твердости и износостойкости изделий с сохранением высокой вязкости их сердцевины. Удельный объем закаленного науглероженного слоя больше, чем сердцевины, и поэтому в нем возникают значительные сжимающие напряжения. Остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое, достигающие 40–50 кгс/мм2, повышают предел выносливости изделия.

Низкое содержание углерода (0,08–0,25%) обеспечивает высокую вязкость сердцевины. Цементации подвергают качественные стали 08, 10, 15 и 20 и легированные стали 12ХНЗА, 18ХГТ и др. Основное назначение легирования здесь – повышение прокаливаемости и соответственно механических свойств сердцевины изделий из цементуемой стали.

Вопрос №4. Сущность и назначение азотирования, борирования, алитирования

Азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее в аммиаке. Азотирование очень сильно повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в таких средах, как атмосфера, вода, пар и т.д. Твердость азотированного слоя заметно выше, чем цементованной стали, и сохраняется при нагреве до высоких температур (550–600ºС); тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200–225ºС.

Азотирование с целью повысить твердость и износостойкость применяют к деталям из сталей типа 38ХМЮА. Перед азотированием изделие подвергают закалке и высокому отпуску для повышения прочности и вязкости сердцевины. Азотирование проводят при 500–520°С. Из-за низкой температуры и, следовательно, низкой подвижности атомов азота процесс длительный (24–90 ч). Толщина азотированного слоя составляет 0,3–0,6 мм. Можно сократить продолжительность азотирования, повышая температуру, но при этом сильно падает твердость из-за коагуляции нитридов легирующих элементов. Длительный процесс азотирования для повышения твердости и износостойкости целесообразно применять только к изделиям ответственного назначения.

Ускорение азотирования достигают, используя тлеющий разряд между анодом и деталью-катодом (деталь бомбардируют ионами азота, образовавшимися в плазме разряда).

Для повышения коррозионной стойкости азотируют детали из разных сталей (главным образом, из углеродистых). Так как большая твердость здесь не требуется, то температуру процесса выбирают высокой (600–700°С); продолжительность такого процесса 15 мин – 10 ч.

Некоторое применение нашло азотирование деталей из высокопрочных чугунов и титановых сплавов.

Азотирование титановых сплавов – один из немногих примеров промышленного использования химико-термической обработки сплавов цветных металлов. После азотирования повышается износостойкость и уменьшается схватывание деталей при работе в условиях трения.

Борирование – насыщение поверхности металлов и сплавов бором с целью повышения твердости, износостойкости, коррозионной стойкости. Борированию подвергают стали перлитного, ферритного и аустенитного классов, тугоплавкие металлы и никелевые сплавы. При борировании железа упрочненный слой состоит из ромбического борида FeB и тетрагонального борида Fe2B, образующих столбчатые кристаллы. Под слоем боридов располагается переходный слой из твердого раствора бора в -железе. При нагреве бориды устойчивы: FeВ – до 800°С, Fe2B – до 1000°С.

 Борированные стали обладают высокой коррозионной стойкостью в водных растворах соляной, серной и фосфорной кислот, причем при одинаковых толщине слоя однофазные боридные слои имеют большую кислотостойкость, чем двухфазные. В азотной кислоте боридные слои неустойчивы, однако скорость разрушения борированных сталей в 1,5–5 раз ниже, чем неборированных. Борированные слои на углеродистых сталях устойчивы к воздействию кипящих водных растворов NaOH и КОН, а также расплавов цинка, свинца, олова, кадмия. Применяется, в основном, для гибочных и формовочных штампов, деталей пресс-форм и машин для литья под давлением.

 Алитирование – процесс диффузионного насыщения поверхности изделий алюминием с целью повышения жаростойкости, коррозионной и эрозионной стойкости. При алитировании железа и сталей наблюдается плавное падение концентрации алюминия по толщине слоя. В зависимости от метода и режима насыщения она может доходить до 58% (по массе) на поверхности и соответствовать образованию фазового слоя FеА13. В результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость (до 850–900°С), так как в процессе нагрева поверхности алитированных изделий образуется плотная пленка оксида алюминия (А12О3), предохраняющая металл от окисления. Алитированный слой обладает также хорошим сопротивлением коррозии в атмосфере и морской воде. Толщина алитированного слоя достигает 0,2—1,0 мм, твердость (на поверхности) – до HV 500, износостойкость низкая. Алитированию подвергают различные изделия, работающие при высоких температурах.

Алитируют также литые лопатки газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов. Наибольшее распространение получило алитирование стальных изделий в порошках с насыщением из газовой фазы. Порошкообразная смесь состоит из ферроалюминия, хлористого аммония и окиси алюминия. В присутствии NH4C1 образуется газообразный хлорид алюминия А1С13, являющийся поставщиком активных атомов алюминия. Окись алюминия предотвращает спекание частиц ферроалюминия. Алитирование проводят при 950–1050°С в течение 3–12 ч.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При ХТО материалов изменение их свойств достигается как за счет изменения химического состава поверхностных слоев, так и воздействием на структуру этого слоя путем термической обработки. Для обеспечения проникновения компонентов в изделие, насыщение требуется проводить при повышенных температурах. Для повышения прочности подбирают подходящую последовательность расположения различных компонентов в покрытии.

Нагрев изделий до заданной температуры проводят в твердых, газовых или жидких средах, содержащих насыщающий элемент. На поверхности изделия осуществляют различные обменные реакции, приводящие к изменению составов контактирующих материалов. В частности при насыщении железа различными элементами могут образовываться и твердые растворы и химические соединения. По своей физической природе поверхностное насыщение является диффузионным процессом.

Задание на самоподготовку:

1 Самостоятельно изучить структуру, фазовый состав и свойства покрытий, получаемых при азотировании, борировании, алитировании.

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМИ СИТУАЦИЯМИ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

Кафедра общетехнических дисциплин

Курс лекций

по дисциплине

«Материаловедение и технология материалов»

Часть 2 Материаловедение

Тема 6 Основные металлические машиностроительные материалы

Авторы:

проф., д-р. техн. наук       Гузанов Б.Н.

доц., канд. техн. наук       Пугачева Н. Б.

     студ. гр.КМ-507        Наумова Е.В.

Екатеринбург 2006


Лекция 20. Легированные стали

Цели лекции:

1 Учебные:

– изучить классификационные признаки сталей

– изучить маркировку машиностроительных и инструментальных сталей

2 Воспитательные:

– воспитание умений умственной деятельности;

– воспитание сознательного отношения к учебным обязанностям.

3 Развивающие:

– развитие памяти;

– развитие внимания;

– развитие мышления.

Метод занятия: лекция

Время: 80 мин.

Место проведения: лекционный зал

Материальное обеспечение:

Раздаточный материал: Условные обозначения легирующих элементов в марках легированных сталей

Литература, использованная при подготовке к лекции:

Гузанов Б.Н., Бухаленков В.В., Анисимова Л.И. Классификация и правила маркировки металлических материалов: Учеб. пособие. – Екатеринбург: Изд-во Уральского института ГПС МЧС РФ, 2005

Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учеб. для машиностр. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980.

Материаловедение и технология металлов: Учеб. для студентов высш. учеб. заведений, обучающихся по машиностр. специальностям / Ппод ред. Фетисова Г.П., Карпмана М.Г. и др. – М.: Высш. шк., 2000.

Марочник сталей и сплавов / Под ред. В.Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989.

Травин О.В., Травина Н.Т. Материаловедение: Учеб. для втузов. – М.: Металлургия, 1989.

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1 Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности слушателей к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие (время 3-5-мин)

2 Вступление (5 мин)

Вопросы лекции:

1 Классификационные признаки и маркировка сталей (20 мин)

2 Машиностроительные стали (25 мин)

3 Инструментальные стали (25 мин)

ВСТУПЛЕНИЕ

Прежде всего необходимо определить, что называется легированной сталью и легирующим элементом. В соответствии с классификацией, предложенной Н.Т. Гудцовым, все примеси, содержащиеся в стали, можно разделить на четыре группы: 1. Постоянные или обыкновенные примеси – к этой группе относятся марганец, кремний, алюминий, сера, фосфор. 2. Скрытые примеси – это кислород, водород и азот, присутствующие в любой стали в очень малых количествах. 3. Случайные примеси – к этой группе относятся примеси, попадающие в сталь из шихтовых материалов или случайно. 4. Легирующие элементы – элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами.

Поскольку наличие примесей первых трех групп – неизбежное следствие технологического процесса производства стали в различных условиях, естественно, что эти примеси в указанных концентрациях нельзя рассматривать как легирующие элементы, а стали, содержащие эти примеси, как легированные стали.

 Вопрос №1. Классификационные признаки и маркировка сталей

Конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительные стали), конструкций и сооружений (строительные стали). К конструкционным относятся и стали со специфическими свойствами – износостойкие, пружинные, коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные и др.

Стали классифицируются по следующим признакам:

  •  химическому составу;
  •  способу производства;
  •  качеству;
  •  структуре;
  •  применению.

По химическому составу различают стали углеродистые и легированные. В зависимости от наличия легирующих элементов стали называют хромистыми, кремнистыми, хромоникелевыми, хромованадиевыми и т.п. В зависимости от содержания легирующих элементов легированные стали делят на низколегированные (до 2,5 %), среднелегированные (от 2,5 до 10 %) и высоколегированные (более 10 %).

По способу производства различают стали конверторные, мартеновские, электросталь и сталь особых методов выплавки (вакуумная плавка в индукционных печах, электрошлаковый переплав и др.)

По качеству различают стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные. При этом учитывается, главным образом, способ выплавки и содержание в сталях вредных примесей – серы и фосфора.

Стали обыкновенного качества – углеродистые стали с содержанием углерода до 0,5 %; выплавляют в конверторах (с применением кислорода) и в мартеновских печах; содержание серы до 0,06 % и фосфора до 0,07 %.

Стали качественные – углеродистые и легированные стали, выплавляются преимущественно в мартеновских печах, содержание серы и фосфора до 0,035 – 0,04 % каждого.

Стали высококачественные – главным образом, легированные стали; выплавляются преимущественно в электропечах; содержание серы и фосфора до 0,025 % каждого.

Стали особо высококачественные – легированные стали; выплавляются в электропечах, электрошлаковым переплавом и другими совершенными методами; содержание серы и фосфора до 0,015 % каждого.

По структуре подразделяют: стали в отожженном и в нормализованном состоянии. Стали в отожженном состоянии делят на классы: доэвтектоидный, эвтектоидный и заэвтектоидный, обычно объединяемые в один класс – перлитный (для углеродистых и легированных сталей), ледебуритный или карбидный, ферритный, полуферритный, аустенитный и полуаустенитный (только для легированных сталей).

Стали в нормализованном состоянии по структуре делят на перлитный, мартенситный и аустенитный классы.

Перлитный класс – углеродистые и легированные стали с низким содержанием легирующего элемента, кривая нормализации которых пересекает кривую изотермического превращения в зоне образования феррито-цементитной смеси с образованием перлита, сорбита или троостита.

Мартенситный класс – легированные стали с более высоким содержанием легирующего элемента, кривая изотермического превращения которых располагается правее (большая устойчивость аустенита), кривая нормализации не пересекает С-образную кривую, а аустенит переохлаждается до точки Мн, образуя мартенситную структуру.

Аустенитный класс – легированные стали с высоким содержанием легирующих элементов, в которых не только кривая изотермического превращения сдвинута вправо, но и понижна точка начала мартенситного превращения Мн, она расположена при температуре ниже комнатной, в структуре сохраняется аустенит.

По применению стали подразделяют на конструкционные (строительные, машиностроительные общего назначения - используемые без термообработки и упрочняемые в поверхностном слое или по всему сечению, машиностроительные специального назначения – шарикоподшипниковые пружинные, автоматные жаропрочные), инструментальные и стали с особыми свойствами (нержавеющие, магнитные, с малым или заданным коэффициентом теплового расширения.

Легированные стали. Обозначение элементов:

А – азот    П – фосфор    Б – ниобий  Р – бор    В – вольфрам   Т – титан  Г – марганец   У – углерод   Д – медь  Ф – ванадий   Е – селен    Х – хром  К – кобальт    Ц – цирконий   М – молибден Ю – алюминий

Цифры с левой стороны букв обозначают среднее содержание углерода: если две цифры, то в сотых долях процента, если одна, то в десятых. Если цифра отсутствует, то это значит, содержание углерода в стали составляет около 1%.

Цифры после букв (справа) обозначают содержание легирующего элемента, выраженное в целых процентах. Если содержание легирующего элемента 1-1,5 % и менее, то цифра после буквы не ставится. Например,60С2 содержит 0,57-0,65 % С и 1,5-2,0 % кремния, 7Х3 содержит 0,6-0,75 % С и 3,2-3,8 % хрома.

Буква «А» в конце обозначения марки – высококачественная сталь. Пример У8 - качественная, а У8А – высококачественная. Все инструментальные легированные и с особыми свойствами стали всегда высококачественные, и буква А в их маркировке не ставится. «Ш» в конце – особовысококачественная сталь, 30ХГСА-Ш.

Буква «А», обозначающая легирование азотом, всегда стоит в середине маркировки.16Г2АФ – 0,015 – 0,025 % азота.

В маркировке сталей в начале иногда ставят буквы, указывающие на их применение:

А – автоматные стали (А20 содержит 0,15-0,20 % С)

АС – автоматная легированная свинцом (АС35Г2 содержит 0,35 % С, 2 % марганца и свинец менее 1%)

Р – быстрорежущие стали (Р18 содержит 17,5-19 % вольфрама)

Ш – шарикоподшипниковые стали (ШХ15 содержит 1,3-1,65 % хрома)

Э – электротехнические стали (Э11 содержит 0,8-1,8 % кремния).

Нестандартные стали часто маркируют условно. Например стали, выплавленные на заводе «Электросталь» обозначают буквой Э, рядом ставят букву И – исследовательская или П – пробная. После буквы ставят порядковый номер (ЭИ69 или ЭИ868, ЭП590). Стали, выплавленные на Златоустовском металлургическом заводе, обозначают ЗИ, на заводе «Днепроспецсталь» - ДИ.

Вопрос №2. Машиностроительные стали

Машиностроительные цементируемые и азотируемые стали. Цементацию (нитроцементацию, азотирование) широко применяют для упрочнения средне размерных зубчатых колес, валов коробки передач автомобилей, валов быстроходных станков, шпинделей и др. Для деталей обычно используют низкоуглеродистые (0,15--,25 % С) стали. Содержание легирующих элементов в этих сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечивать требуемую прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины. Следует иметь в виду, что карбидообразующие элементы (хром, марганец и др.) уменьшают растворимость углерода в аустените, что способствует образованию в цементованном слое карбидов при меньшем содержании углерода, обеднению аустенита легирующими элементами и уменьшению прокаливаемости цементованного слоя, что приводит ухудшению механических свойств. Сильно повышает прокаливаемость цементованного слоя молибден.

После цементации, закалки и низкого отпуска цементованный слой должен иметь твердость 58-62 НRС, а сердцевина 30-42 НRС. Сердцевина должна обладать высокими механическими свойствами, особенно повышенным пределом текучести, должна быть наследственно мелкозернистой. Для измельчения размера зерна цементируемые стали микролегируют ванадием,титаном, ниобием, цирконием, алюминием и азотом, образующими мелкодисперсные нитриды и карбонитриды, или карбиды, задерживающие рост зерна аустенита.

Цементируемые стали - 20Х, 18ХГТ, 20ХГР, 25ХГМ, 12ХН3А и др.

Машиностроительные улучшаемые стали. Называются улучшаемыми потому, что подвергаются термической обработке, заключающейся в закалке и отпуске при высоких температурах – улучшению. Это среднеуглеродистые стали (0,3-0,5 % С). Они должны иметь высокую прочность, пластичность, высокий предел выносливости, малую чувствительность к отпускной хрупкости, должны хорошо прокаливаться. Применяются для изготовления коленчатых валов, валы, оси, штоки, шатуны, ответственные детали турбин и компрессорных машин.

Марки – 35, 45, 40Х, 45Х, 40ХР, 40ХН, 40ХН2МА и др.

Рессорно-пружинные стали – марки 70, 65Г, 60С2, 50ХГ, 50ХФА, 65С2Н2А, 70С2ХА и др.

Эти стали должны иметь особые свойства в связи с условиями работы пружин и рессор, которые служат для смягчения толчков и ударов. Основное требование – высокий предел упругости и выносливости. Этим условиям удовлетворяют углеродистые стали и стали, легированные элементами, повышающими предел упругости (кремний, марганец, хром, ванадий и вольфрам).

Особенностью термической обработки рессорных листов и пружин является проведение после закалки отпуска при температуре 400-5000С. Такая обработка позволяет получать наиболее высокий предел упругости. Соотношение приблизительно 0,8.

Шарикоподшипниковые стали – ШХ15 (0,95 –1,05 % С и 1,3-1,65 % хрома). Заэвтектоидное содержание углерода и хром обеспечивают получение после закалки высокой равномерной твердости, устойчивой после истирания, необходимой прокаливаемости и достаточной вязкости.

Термическая обработка включает отжиг, закалку и отпуск. Отжиг снижает твердость и позхволяет получать мелкозернистый перлит. Закалка проводится при 830-8600С, охлаждение в масле, отпуск 150-160 0С. Твердость НRС 62-65, структура – бесструктурный мартенсит с равномерно распределенными мелкими карбидами.

Для изготовления деталей крупногабаритных подшипников (диаметром более 400 мм), работающих в тяжелых условиях при больших ударных нагрузках, применяют цементуемую сталь 20Х2Н4А (температура цементации 930-9500С в течение 50-170 ч, толщина слоя 5-10 мм).

Износоустойчивые стали – 110Г13Л (0,9-1,3 % С, 11,5-14,5 % марганца). Литая аустенитная сталь, после литья состоит из аустенита и избыточных карбидов (Fe,Mn)3С, выделяющихся по границам зерен, что снижает прочность и вязкость стали. Поэтому литые изделия закаливают от 11000С в воде. При этом карбиды растворяются и структура становится стабильной аустенитной. Сталь имеет высокую прочность и сравнительно малую твердость . В процессе работы при ударных нагрузках происходит упрочнение (наклеп) поверхности стали при пластической деформации, в результате в поверхностном слое образуется мартенсит. Именно он обеспечивает высокую износостойкость. По мере износа внешнего слоя, мартенсит образуется в следующих слоях. Применяют для трамвайных стрелок, щек камнедробилок, козырьков ковшей, черпаков и т.д.

При циклическом контактно-ударном нагружении и ударно-абразивном изнашивании применяют сталь 60Х5Г10Л, претерпевающую при эксплуатации мартенситное превращение.

Лопасти гидротурбин и гидронасосов, судовых гребневых винтов, работающих в условиях изнашивания при кавитационной эрозии, изготавливают из сталей с нестабильным аустенитом 30Х10Г10 и 0Х14АГ12, испытывающих при эксплуатации частичное мартенситное превращение.

Коррозионно-стойкие (нержавеющие), жаростойкие (окалиностойкие) и жаропрочные стали. Коррозией называется разрушение металлов и сплавов под действием окружающей среды. В результате механические свойства сталей резко ухудшаются. Различают химическую и электрохимическую коррозию. Химическая развивается при воздействии на стали газов (газовая коррозия) и не электролитов (нефть и ее производные. Электрохимическая вызывается действием электролитов (кислот, щелочей и солей, атмосферная и почвенная коррозия).

Сталь, устойчивую к газовой коррозии при высоких температурах (выше 5500С) , называют окалиностойкой или жаростойкой.

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали – это стали, устойчивые к электрохимической , химической (атмосферной, почвенной, щелочной , кислотной, солевой) коррозии.

Повышенная стойкость к коррозии достигается введением в сталь элементов, образующих на поверхности защитные пленки, прочно связанные с поверхностью и повышающие электрохимический потенциал стали в разных агрессивных средах.

Жаростойкость (окалиностойкость) сталей повышают путем легирования хромом, алюминием или кремнием, т.е. элементов, находящихся в твердом растворе и образующих в процессе нагрева защитные пленки окислов (Cr,Fe)2O3, (Al,Fe)2O3. Окалиностойкость зависит от химического состава, а не от структуры.

Жаростойкие ферритные стали: 12Х17, 15Х25Т Х15Ю5.

Жаростойкие аустенитные: 20Х23Н13, 12Х25Н16Г7АР и др.

Нержавеющие стали получают легированием хромом или хромом и никелем в зависимости от среды эксплуатации. Два основных класса: хромистые (ферритные, мартенситно-ферритные-феррита не более 10 % и мартенситные) и хромоникелевые (аустенитные, аустенитно-мартенситные или аустенитно-ферритные).

Стали ферритного, матренситного и мартенситно-ферритного классов. При введении 12-14 % хрома электрохимический потенциал становится положительным, сталь становится устойчивой к коррозии в атмосфере, морской (пресной) воде, слабых растворов кислот, солей и щелочей.

Марки 12Х13, 20Х13 –используют для предметов домашнего обихода, клапанов гидравлических прессов.30Х13 и 40Х13 используют для хирургических инструментов.

Стали аустенитного класса обычно легированы хромом и никелем или хромом и марганцем. Они имеют низкий предел текучести, умеренную прочность, высокую пластичность и хорошую коррозионную стойкость в окислительных средах. Стали парамагнитны.

Марки: 12Х18Н9 и 17Х18Н9 – для изготовления труб, деталей, свариваемых точечной сваркой, 04Х18Н10 –для изготовления химической аппаратуры.

Стали аустенитно-ферритного класса содержат 18-22 % хрма, 2-6 % никеля и некоторое количество молибдена и титана (08Х22Н6Т). Недостаток – при нагоеве до 400-7500С они охрупчиваются.

Стали аустенитно-мартенситного класса – 09Х15Н8Ю. Эти стали наряду с высокой стойкостью к атмосферной коррозии обладают высокими механическими свойствами и хорошо свариваются.

Вопрос №3. Инструментальные стали

Стали и сплавы для режущего инструмента.

Инструментальными называют углеродистые и легированные стали, обладающие высокой твердостью (60-65 НRС), прочностью и износостойкостью и применяемые для изготовления различного инструмента. Обычно это заэвтектоидные или ледебуритные стали, структура которых после закалки и низкого отпуска мартенсит и избыточные карбиды.

Одной из главных характеристик инструментальных сталей является теплостойкость – способность сохранять высокую твердость при нагреве (устойчивость против отпуска при нагреве инструмента в процессе работы).

Все инструментальные стали разделяют ни три группы:

не обладающие теплостойкостью (углеродистые и легированные стали, содержащие до 3-4 % легирующих элементов);

полутеплостойкие до 400-5000С (высоколегированные стали, содержащие свыше 0,6-0,7 % С и 4-18 % Cr);

теплостойкие до 550-6500С (высоколегированные стали, содержащие Cr, W, V, Mo, Co, ледебуритного класса), получившие название быстрорежущих.

Другой важной характеристикой инструментальных сталей является прокаливаемость. Высоколегированные теплостойкие и полутеплостойкие стали обладают высокой прокаливаемостью. Инструментальные стали, не обладающие теплостойкостью, делят на стали небольшой прокаливаемости (углеродистые) и повышенной прокаливаемости (легированные).

Маркировка инструментальных сталей. Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой У (углеродистая), за ней цифра показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента (У7, У8, и т.д.). Буква А в конце указывает на то, что сталь высококачественная. Легированные инструментальные стали Х, 9Х, 9ХС, 6ХВГ и т.д. маркируют цифрой, показывающей среднее содержание углерода в десятых долях процента, если его содержание меньше 1 %. Если углерода примерно 1 %, то цифра чаще отсутствует. Буквы означают легирующие элементы, а следующие за ними цифры – содержание в целых процентах соответствующего элемента.

Буквой Р маркируют быстрорежущие стали. Следующая за ней цифра указывает среднее содержание главного легирующего элемента быстрорежущей стали – вольфрама в процентах. Среднее содержание молибдена в процентах обозначают цифрой после буквы М, кобальта – после К, ванадия – после Ф и т.д. Среднее содержание хрома в большинстве быстрорежущих сталей составляет 4 % и поэтому в обозначении марки стали не указывается.

Углеродистые стали небольшой прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью. У8, У8А, У10, У10А, У11, У11А, У12, У12А, У13, У13А. Небольшая прокаливаемость обусловлена малой устойчиволстью переохлажденного аустенита. Используют для инструментов небольших размеров.

У7 и У8 имеют после термической обработки трооститную структуру. Их применяют для изготовления деревообрабатывающего инструмента, отверток, топоров. Заэвтектоидные стали У10, У11, У12 и У13, у которых после термообработки структура – мартенсит и карбиды, применяют для режущего инструмента: фрезы, сверла, напильники, острый хирургический инструмент).

Углеродистые стали можно использовать в качестве режущего инструмента только для резания материалов с малой скоростью, так как их высокая скорость сильно снижается при нагреве выше 190-2000С.

Легированные стали повышенной прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью. Не обладают теплостойкостью и пригодны для резания материалов невысокой прочности (500-600 Мпа) с небольшой скоростью до 5-8 об./мин. По сравнению с углеродистыми сталями обладают большей устойчивостью переохлажденного аустенита, а следовательно и большей прокаливаемостью. Инструменты из легированных сталей можно охлаждать при закалке в масле и горячих средах (ступенчатая закалка), что уменьшает коробление инструмента.

Марки: 9ХС, ХСВГ применяют для инструмента большого сечения при закалке в масло или горячих средах (ручные сверла, развертки, плашки). Вольфрамовые стали В2Ф и ХВ4 после закалки в водных растворах имеют очень высокую твердость (64-65 НRС) и применяются для пил по металлу, граверных инструментов и обработки твердых металлов.

Быстрорежущие стали. Эти марки сталей обладают высокой теплостойкостью (красностойкостью), они обладают способностью сохранять мартенситную структуру и соответственно высокую твердость, прочность и износостойкость при повышенных температурах, возникающих в режущей кромке при резании с большой скоростью. Эти стали сохраняют мартенситную структуру при нагреве до температур 600-6500С. Основными легирующими элементами быстрорежущих сталей, обеспечивающих их теплостойкость, являются вольфрам, молибден, кобальт и ванадий.

Марки: Р6М5, Р18К5Ф2, Р9М4К8, Р2ФМ9К5, Р12Ф3. Быстрорежущие стали относятся к карбидному (ледебуритному) классу. Их фазовый состав в отожженном состоянии – легированных феррит и карбиды М6С, М23С6, МС, М3С. Хром практически весь растворен в феррите, остальные элементы находятся, в основном, в карбидах. Основной карбид - М6С.

Для придания стали теплостойкости инструменты подвергают закалке и многократному отпуску. Температура закалки стали Р6М5 – 12200С (для полного растворения карбидов и получения аустенита легированного хромом, вольфрамом, молибденом, ванадием). Высокая легированность аустенита позволяет получать при закалке мартенсит, обладающий высокой теплостойкостью. Нагрев под закалку обычно проводят ступенчато, во избежание появления трещин из-за большого количества избыточных эвтектических и вторичных карбидов. Для уменьшения коробления проводят ступенчатую закалку в расплавленных солях при 400-500 0С.

Стали для измерительного инструмента. Эти стали должны обладать высокой твердостью, износостойкостью, сохранять постоянство размеров и хорошо шлифоваться. Обычно применяют высокоуглеродистые хромистые стали Х и 12Х1. Измерительный инструмент обычно подвергают закалке в масло от возможно низких температур 850-870)С с целью получения минимального количества остаточного аустенита. Непосредственно после закалки измерительный инструмент подвергают обработке холодом при –700С и отпуску при 120-1400С в течение 20-50 ч. Эту операцию проводят для избежания самопроизвольного распада мартенсита и превращения некоторого количества остаточного аустенита в мартенсит после закалки. Нередко обработку холодом проводят многократно. Твердость после такой обработки составляет 63-64 НRС.

Плоские и длинные измерительные линейки изготавливают из листовых сталей 15,15Х. Для получения рабочих поверхностей с высокой твердостью и износостойкостью инструменты подвергают цементации и закалке.

Стали для штампов холодного деформирования. Штампы холодного деформирования работают в условиях высоких переменных нагрузок, выходят из строя вследствие хрупкого разрушения, малоцикловой усталости и изменения формы и размеров за счет смятия (пластической деформации) и износа. Поэтому стали, используемого для изготовления штампов холодного деформирования, должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и прочностью, сочетающейся с достаточной вязкостью. Стали должны обладать также высокой теплостойкостью, поскольку в процессе деформирования штампы разогреваются до температур 200-3500С.

Хромистые стали Х12Ф1 и Х12М используют для штампов сложной формы, поскольку они мало деформируются при закалке в масло; молибден и ванадийсодержащие стали Х12Ф1 и Х12М с хорошей прокаливаемостью (обладают высокой устойчивостью переохлажденного аустенита, молибден и ванадий способствуют сохранению мелкого зерна). Недостатки этих марок сталей – плохо обрабатываются резанием в отожженном состоянии, резко выражена карбидная неоднородность, которая приводит к снижению механических свойств.

6Х6В3МФС обладает повышенным сопротивлением пластической деформации, высокой износостойкостью, особенно при работе с динамическими нагрузками, и не склонна к карбидной неоднородности.

Для вытяжных штампов небольшого размера (диаметр пуансона до 25 мм) применяют стали У10, У11 и У12, а для штампов большего размера – Х, ХВСГ, обладающие лучшей прокаливаемостью.

Во многих случаях для изготовления штампов для холодного деформирования используют быстрорежущие стали.

Стали для штампов горячего деформирования. Такие штампы работают в очень жестких условиях. Они разрушаются вследствие пластической деформации (смятия), хрупкого разрушения, образования сетки разгара (трещин) и износа рабочей поверхности. Поэтому стали для штампов горячего деформирования должны иметь высокие механические свойства (прочность и вязкость) при повышенных температурах и обладать износостойкостью, окалиностойкостью и разгаростойкостью, высокой теплопроводностью для лучшего отвода теплоты, передаваемой обрабатываемой заготовкой.

Разгаростойкость – это способность выдерживать многократные нагревы и охлаждения без образования разгарных трещин.

Штампы больших размеров должны обладать хорошей прокаливаемостью. Важно, чтобы сталь не была склонна к обратимой отпускной хрупкости, так как быстрым охлаждением крупных штампов ее устранить нельзя.

Полутеплостойкие стали 5ХНМ и 5ХГМ, которые обладают повышенной вязкостью и упрочняются в результате мартенситного превращения, применяют для изготовления крупных ковочных штампов, а также инструмента ковочных машин и прессов, нагревающихся до температуры не выше 500-5500С при умеренных нагрузках.

Присутствие в стали 5ХНМ молибдена повышает теплостойкость, прокаливаемость и уменьшает склонность к обратимой отпускной хрупкости. Эта сталь обладает высокой устойчивостью переохлажденного аустенита, прокаливается полностью в блоках размером 400х300х300 мм и более. Штампы закаливают в масле. Отпуск крупных штампов проводят при 550-5800С (35-38 НRС), а мелких при 500-540 0С (40-45 НRС). Структура стали после отпуска – троостит. σв = 900 МПа, σ0,2 = 650 МПа, δ = 20-22 % и ψ = 70 %.

Средненагруженных инструмент, работающий с разогревом поверхности до 6000С изготавливают из сталей 4Х5ВФС и 4Х5МФ1С. Эти стали упрочняются за счет мартенситного превращения и дисперсионного упрочнения при отпуске за счет выделения специальных карбидов М23С6 и М6С. Превращения в этих сталях при термообработке сходны с превращениями в быстрорежущих сталях.

Штамповые стали часто подвергают азотированию, борированию, реже – хромированию.

Твердые сплавы. Твердыми называют сплавы, изготавливаемые методом порошковой металлургии и состоящие из карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, TaC), соединенные кобальтовой связкой. Различают 3 группы твердых сплавов:

1 – вольфрамовые (ВК3, ВК6, ВК10);

2 – титановольфрамовые (Т30К4, Т15К8, Т5К12);

3 – титанотанталовольфрамовые (ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8-Б).

В марках первые буквы обозначают группу, к которой относится сплав: ВК – вольфрамовая, Т – титановольфрамовая, ТТ – титанотанталовольфрамовая. Цифры в вольфрамовой группе – количество кобальта, в титановольфрамовой первые цифры - количество карбида титана, а вторые цифры – количество кобальта; в титанотанталовольфрамовой группе первые цифры – количество карбидов титана и тантала, вторые – количество кобальта. Если в конце через черточку стоит буква М (ВК6-М), то сплавы изготовлены из мелких порошков, если буква В (ВК4-В) – из крупнозернистого карбида вольфрама. Буквы «ОМ» в конце через черточку – сплавы изготовлены из особо мелких порошков, а «ВК» – из особо крупного карбида вольфрама.

Структура вольфрамовых сплавов представляет собой частицы карбида вольфрама, связанные кобальтом. Чем меньше в сплаве ВК кобальта и мельче карбидные частицы, тем выше износостойкость, но ниже прочность и сопротивление ударам. Сплавы ВК3 и, особенно, ВК3-М обладают самой высокой твердостью НRВ 89,5-90, прочностью σв =1100 МПа и износостойкостью допускают высокую скорость резания при обработке чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов.

Разработаны твердые сплавы, не содержащие дефицитный вольфрам, –- на основе TiC + Ni + Mo (сплав ТН-20, цифра указывает суммарное содержание Ni и Mo) и на основе карбонитрида титана Ti(NC) + Ni + Mo (КНТ-16).

Часто на рабочие поверхности многогранных неперетачиваемых пластин из твердых сплавов (режущие части инструмента) наносят карбидные или нитридные покрытия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Стали, в которые для получения требуемых свойств специально вводят легирующие элементы, называют легированными сталями (легированные стали иногда называют специальными).

Легированные стали могут быть классифицированы по четырем признакам: по равновесной структуре, по структуре после охлаждения на воздухе, по составу и по назначению.

Для обозначения марок стали разработана система, принятая в ГОСТ. Обозначения состоят из небольшого числа цифр и букв, указывающих на примерный состав стали.

Задание на самоподготовку:

1 Расшифровать марку стали 55Х12Н8Т3, написать ее химический состав

2 Записать марку твердого сплава, содержащего 3% TiC, 5% TaC, 8% Co.

Лекция 21. Цветные металлы и их сплавы

Цели лекции:

1 Учебные:

– изучить маркировку цветных металлов и их сплавов

2 Воспитательные:

– воспитание умений умственной деятельности;

– воспитание сознательного отношения к учебным обязанностям.

3 Развивающие:

– развитие умения воспринимать учебный материал в готовом виде и осмысленно изображать его в конспекте

Метод занятия: лекция

Время: 80 мин.

Место проведения: лекционный зал

Материальное обеспечение:

Плакаты:

1 Маркировка медно-цинковых сплавов

2 Маркировка алюминиевых сплавов

Литература, использованная при подготовке к лекции:

Гузанов Б.Н., Бухаленков В.В., Анисимова Л.И. Классификация и правила маркировки металлических материалов: Учеб. пособие. – Екатеринбург: Изд-во Уральского института ГПС МЧС РФ, 2005.

Гуляев А.П. Металловедение: Учеб. для вузов. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1986.

Лахтин Ю.М. Материаловедение и термическая обработка металлов: Учеб. для вузов. – М.: Металлургия, 1983.

Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учеб. для машиностр. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980.

Марочник сталей и сплавов / Под ред. В.Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989.

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1 Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности слушателей к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие (время 3-5-мин)

2 Вступление (5 мин)

Вопросы лекции:

1 Маркировка меди и медно-цинковых сплавов (20 мин)

2 Маркировка алюминия и алюминиевых сплавов (20 мин)

3 Маркировка титана и титановых сплавов (15 мин)

4 Маркировка магния и магниевых сплавов (15 мин)

ВСТУПЛЕНИЕ

Общеизвестно широкое применение цветных металлов и сплавов на их основе в различных областях производства. Так, алюминиевые, магниевые и титановые сплавы широко применяются в авиационной промышленности. В то же время изделия из легких сплавов используют в строительстве, транспортном машиностроении, приборостроении, судостроении и других отраслях промышленности. Медь обладает высокой электрической проводимостью и широко применяется в электротехнике; она является также основой многих важных промышленных сплавов (например, латуней, бронз и др.). Основой многих жаростойких, жаропрочных и электротехнических сплавов является никель. Одновременно он часто используется как легирующий элемент в специальных сталях. В качестве конструкционных материалов для новой техники широко используют тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден, ниобий, хром и др.), а также сплавы на их основе.

Вопрос №1. Маркировка меди и медно-цинковых сплавов

Медь – химический элемент I группы Периодической системы, порядковый номер 29, атомная масса 63,54. Медь – металл красного цвета, в изломе розового цвета. Температура плавления 1083ºС. Медь обладает ценными техническими и технологическими свойствами: высокими электро- и теплопроводностью, достаточной коррозионной стойкостью, хорошо обрабатывается давлением, сваривается всеми видами сварки, легко поддается пайке, прекрасно полируется. У чистой меди небольшая прочность и высокая пластичность.

Свойства чистой меди в значительной степени зависят от наличия в ней ряда примесей, главным образом висмута, сурьмы, свинца, серы и кислорода. В зависимости от чистоты техническую медь подразделяют на несколько сортов: М00, М0, М0б, М1б, М1, М1р, М2, М2р, М3, М3р (где б – бескислородная медь, а р – раскисленная медь). Содержание примесей наименьшее в меди марки М00 (99,99% Cu) и наибольшее в М3 (99,5% Cu).

Различают две основные группы медных сплавов: 1) латуни – сплавы меди с цинком; 2) бронзы – сплавы меди с другими элементами, в числе которых, но только наряду с другими, может быть и цинк. Медные сплавы обладают высокими механическими и технологическими свойствами, хорошо сопротивляются износу и коррозии.

Деформируемые латуни обозначают буквой Л и цифрой, указывающей массовое содержание меди в сплаве в процентах (например, Л96, Л63). Если латунь легирована наряду с цинком другими элементами, то после буквы Л ставят подряд, без пробелов условные буквенные обозначения этих элементов, кроме цинка. За ними без пробела следует серия целых чисел, первое из которых показывает массовое содержание меди, а другие, разделяемые черточками – массовое содержание легирующих элементов в соответствии с последовательностью их символов (например, ЛАН59-3-2 содержит – 59% Сu, 3% Аl, 2% Ni, Zn – остальное).

Условные обозначения компонентов и легирующих элементов в марках сплавов на основе меди: олово – О, цинк – Ц, алюминий – А, марганец – Мц, бериллий – Б, железо – Ж, никель – Н, фосфор – Ф, свинец – С, кремний – К, титан – Т, хром – Х, сурьма – Су, цирконий – Цр.

Маркировка литейных латуней начинается также с буквы Л, но за ней следует без пробела символ второго главного компонента – цинка – и также без пробела и черточки целое число его процентов (например, ЛЦ40, ЛЦ30). В марке легированных литейных латуней за символом Ц и целым числом массовых процентов цинка следуют поочередно без пробелов и черточек символы других легирующих элементов с указанием их концентрации также в виде целого числа массовых процентов. Если концентрация легирующего элемента округленно равны одному массовому проценту, цифра 1 после буквенного символа данного элемента не ставится (например, ЛЦ2ЗА6ЖЗМц2, ЛЦ4ОМцЗЖ).

Марка любой бронзы начинается с буквосочетания Бр, после которого точка не ставится. В марке деформируемой бронзы за буквосочетанием Бр без пробелов указывается последовательность символов легврующих элементов (табл. 3.1), а за ней также без пробела начинается последовательность целых или дробных чисел (с точностью до одной десятой), между собой разделяемых черточками и указывающих концентрацию элементов в массовых процентах (например, БрОЦ4-3; БрСуНб-2; БрСуНЦФЗ,5-3,5-3,5-20-О,2)

В марке литейной бронзы за буквосочетанием Бр следуют поочередно без пробелов и черточек символ легирующего элемента и сразу за ним целое иди дробное число, указывающее концентрацию в массовых процентах (например, БрОЗЦI2С5; БрОЗЦ7С5III; БрБ2,5; БрХО,5).

Медно-никелевые сплавы – это сплавы, в которых основным легирующим элементом является никель. Как правило, это двойные, чаще более сложные сплавы, в которых наряду с никелем дополнительно присутствуют Fe, Mn, Zn, Al и другие элементы. В зависимости от системы легирования, каждая группа медно-никелевых сплавов имеет свое название.

Марка любого медно-никелевого сплава начинается с буквы М, за которой следует обозначение и содержание легирующих элементов как в деформируемых латунях и бронзах.

К конструкционным медно-никелевым относя сплавы следующих систем легирования, обладающие повышенной прочностью и высокой коррозионной стойкостью:

Мельхиоры – двойные (СuNi) и более сложных систем (Сu, Ni, Те, Мn), например МН19, МНЖМц30-1-1.

Нейзильберы – сплавы на основе системы (Сu, Ni, Zn), например МКЦ15- 20 или сплавов со свинцом МНЦС16-29-1,8.

Куниали – сплавы на основе системы (Сu, Ni, А1). Если перед маркировкой куниали стоит буква А –- то её используют для изготовления изделий повышенной прочности, (АМНА 13-3), а если буква Б – то для ответственных упругих элементов (БМНА6-I,5).

Области применения меди и ее сплавов весьма разнообразны. Чистая медь широко используется в электротехнике, в различного рода теплообменниках. Из высокотехнологичных латуней получают изделия глубокой вытяжкой (радиаторные и конденсаторные трубки, сильфоны, гибкие шланги). Латуни, содержащие свинец, используют при работе в условиях трения (в часовом производстве, в типографских машинах).

Оловянные бронзы применяют для литья художественных изделий. При дополнительном легировании фосфором их используют для изготовления деталей, работающих на трение в коррозионной среде: подпятники, подшипники, уплотняющие втулки, пояски поршневых колец, клапаны. Алюминиевые бронзы прежде всего используются в качестве заменителей оловянных. Высокопрочные алюминиевые бронзы идут на изготовление шестерен, втулок, подшипников, пружин, деталей электрооборудования. Из бериллиевой бронзы делают детали точного приборостроения, упругие элементы электронных приборов и устройств, мембраны. Для менее ответственных деталей используют кремнистые бронзы. Хромовые и циркониевые бронзы применяют в двигателестроении.

Вопрос №2. Маркировка алюминия и алюминиевых сплавов

Алюминий отличают низкая плотность, высокие тепло- и электропроводность, хорошая коррозионная стойкость во многих средах за счет образования на поверхности металла плотной оксидной пленки А12О3. Алюминий высокопластичен и легко обрабатывается давлением, однако при обработке резанием возникают осложнения, одной из причин которых является налипание металла на инструмент.

Основные легирующие элементы в алюминиевых сплавах. Сu, Zn, Мg, Ni, Fе, Мn – элементы, формирующие упрочняющие зоны и фазы. Марганец одновременно повышает коррозионную стойкость. Кремний является основным легирующим элементом в ряде литейных алюминиевых сплавов (силуминов), поскольку он участвует в образовании эвтектики.

Ni, Тi, Сr, Fе повышают жаропрочность сплавов, затормаживая процессы диффузии и образуя стабильные сложнолегированные упрочняющие фазы. Литий в сплавах способствует возрастанию их модуля упругости. Вместе с тем магний и марганец снижают тепло- и электропроводность алюминия, а железо – его коррозионную стойкость.

Маркировка алюминиевых сплавов. В настоящее время одновременно «сосуществуют» две маркировки сплавов: старая буквенно-цифровая (табл. 1) и новая цифровая (рис. 1). Наряду с этим имеется буквенно-цифровая маркировка технологической обработки полуфабрикатов и изделий, качественно отражающая механические, химические и другие свойства сплава (табл. 2).

Рисунок 1 – Принципы цифровой маркировки алюминиевых сплавов

Таблица 1 – Буквенно-цифровая маркировка алюминиевых сплавов

Принцип классификации

Сплав

Название

Обозначение

По химическому составу

По названию сплава

По технологическому назначению

По свойствам

По методу получения полуфабрикатов и изделий

По виду полуфабрикатов

Дуралюмин

Ковочный

Высокопрочный

Спеченный

литейный

Проволочный

АМг, АМц

Д1, Д6

АК6, АК8

В95, В96

САП, САС,

АЛ2

Амг5П

Классификация алюминиевых сплавов. Алюминиевые сплавы в основном подразделяются на деформируемые и литейные, поскольку в производстве порошковых (в том числе и гранулируемых) сплавов и композиционных материалов в той или иной мере используются процессы пластической деформации и литья.

Таблица 2 – Буквенно-цифровая маркировка технологической обработки деформируемых и литейных сплавов

Обозначение

Вид обработки, характеристика свойств материала

Деформируемые сплавы

Литейные сплавы

1

2

3

М

Т

Т1

Т2

Т3

Мягкий, отожженный

Закаленный и естественно состаренный

Закаленный и искусственно состаренный на максимальную прочность

Закаленный и искусственно состаренный по смягчающему режиму для повышения вязкости разрушения

Закаленный и искусственно состаренный по смягчающему режиму для повышения сопротивления коррозии под напряжением

Модифицированный

Состаренный

Отожженный

Продолжение таблицы 2

1

2

3

Т4

Т5

Т6

Т7

Т8

Н

П

НI

ТН

Т1Н

ТПП

ГК

А

У

Нагартованный (5–7%)

Полунагартованный

Усиленно нагартованный (20%)

Закаленный, естественно состаренный и нагартованный

Закаленный, нагартованный и искусственно состаренный

Закаленный и естественно состаренный, повышенной прочности

Горячекатаные (листы, плиты)

Нормальная плакировка

Утолщенная плакировка (8% на сторону)

Закаленный

Закаленный и частично состаренный

Закаленный и полностью состаренный на максимальную твердость

Закаленный с последующим стабилизирующим отпуском

Закаленный с последующим смягчающим отпуском

Вопрос №3. Маркировка титана и титановых сплавов

Титан и сплавы на его основе обладают высокой коррозионной стойкостью (сопротивлением межкристаллиткной, щелевой и другим видам коррозии), удельной прочностью. Недостатками титана являются его активное взаимодействие с атмосферными газами, склонность к водородной хрупкости. Азот, углерод, кислород и водород, упрочняя титан, снижают его пластичность, сопротивление коррозии, свариваемость. Титан плохо обрабатывается резанием, удовлетворительно – давлением, сваривается в защитной атмосфере; широко распространено вакуумное литые, в частности вакуумнодуговой переплав с расходуемым электродом. Легирующие элементы подразделяют в зависимости от их влияния на температуру полиморфного превращения титана (882,5°С) на две основные группы: α-стабилизаторы (элементы, расширяющие область существования α-фазы и повышающие температуру превращения – Аl, Gа, Gе, Lа, С, O, N) и β-стабилизаторы (элементы, суживающие α-область и снижающие температуру полиморфного превращения, – V, Nb, Та, Zr, W, Мо, Сr, Мn, Fе, Со, Si, Аg и др.). В то же время легирующие элементы (как α-, так и β-стабилизаторы) можно разделить на две основные группы: элементы с большой (в пределе – неограниченной) и ограниченной растворимостью в титане. Последние могут образовывать с титаном интерметаллиды, силициды и фазы внедрения.

Классификация титановых сплавов. Структура промышленных сплавов титана это твердые растворы легирующих элементов в α- и β-модификациях титана. Поскольку легирующие элементы влияют на стабилизацию той или иной аллотропической модификации титана, то сплавы титана в зависимости от их стабильной структуры (после отжига) при комнатной температуре подразделяют на три основные группы: α -сплавы, (α+β)-сплавы (двухфазные) и β-сплавы.

Титановые сплавы классифицируют также по технологии производства (деформируемые, литейные, порошковые), по физико-химическим, в том числе механическим, свойствам (высокопрочные, обычной прочности, высокопластичные, жаропрочные, коррозионностойкие).

Деформируемые титановые сплавы. Большинство титановых сплавов легировано алюминием, повышающим жесткость, прочность, жаропрочность и жаростойкость материала, а также снижающим его плотность.

α-Титановые сплавы (с чисто α-структурой) термической обработкой не упрочняются; их упрочнение достигается посредством легирования твердого раствора и пластической деформацией

(α+β)-Титановые сплавы характеризуются смешанной структурой (α- и β-твердые растворы) и упрочняются термической обработкой, состоящей из закалки и старения. Они хуже свариваются, чем α -сплавы.

Псевдо-β-титановые сплавы характеризуются высоким содержанием β-стабилизаторов и вызванным этим отсутствием мартенситного превращения. Сплавы характеризуются высокой пластичностью в заявленном состоянии и высокой прочностью – в состаренном они удовлетворительно свариваются аргонодуговой сваркой.

Литейные титановые сплавы. По сравнению с деформируемыми литейные сплавы имеют меньшую прочность, пластичность и выносливость, но более дешевы. Сложность литья титановых сплавов обусловлена активным взаимодействием титана с газами и формовочными материалами. Литейные сплавы ВТ5Л, ВТ14Л и ВТ3-1Л по составу в основном совпадают с аналогичными деформируемыми сплавами (в то же время сплав ВТ14Л дополнительно содержит железо и хром).

Порошковые сялавы татана. Применение методов порошковой металлургии для производства титановых сплавов позволяет при тех же эксплуатационных свойствах, что и у литого или деформируемого материала, добиться снижения до 50% стоимости и времени изготовления изделий. Титановый порошковый сплав ВТ6, полученный горячим изостатическим прессованием (ТИП), обладает теми же механическими свойствами, что и деформируемый сплав после отжига (σв = 970 МПа, δ = 16%). Заявленному и состаренному деформируемому сплаву ВТ6 порошковый сплав уступает в прочности, но превосходит в пластичности.

Применение сплавов титана. Из сплавов титана изготавливают: обшивку самолетов, морских судов, подводных лодок; корпуса ракет и двигателей; диски и лопатки стационарных турбин и компрессоров авиационных двигателей; гребные винты; баллоны для сжиженных газов; емкости для агрессивных химических сред и др.

Вопрос №4 Маркировка магния и магниевых сплавов

Магний является химически активным металлом: образующаяся на воздухе оксидная пленка МgО в силу более высокой плотности, чем у самого магния, растрескивается и не обладает защитными свойствами; магний в виде порошка, стружки или пыли легко воспламеняется при контакте расплавленного или горячего магния с водой происходит взрыв. Магний и его сплавы плохо сопротивляются коррозия, обладают пониженной жидкотекучестью при литье, пластически деформируются лишь при повышенных температурах (225°С и более). В то же время магниевые сплавы характеризуются высокой удельной прочностью, хорошо поглощают вибрации, не взаимодействуют с ураном. Они хорошо обрабатываются резанием и удовлетворительно свариваются аргонодуговой и контактной сваркой. Основными легирующими элементами в магниевых сплавах являются Мn, А1 и Zn. Марганец повышает коррозионную стойкость и свариваемость сплавов магния. Алюминий и цинк оказывают большое влияние на прочность и пластичность магниевых сплавов.

По технологии изготовления изделий магниевые сплавы разделяют на литейные (маркировка «МЛ») и деформируемые («МА»).

Литейные сплавы. Механические свойства литого магния следующие: σв= 115 МПа, δ = 8%, 30 НВ (кгс/мм2). В литых магниевых сплавах повышения механических свойств добиваются измельчением зерна посредством перегрева расплава или его модифицирования добавками мела или магнезита. Среди литейных магниевых сплавов широкое применение нашли сплавы МЛ5 и МЛ6, отличающиеся повышенными литейными и механическими свойствами.

Деформируемые сплавы. Деформированный (прессованный) магний обладает более высоким комплексом механических свойств, чем литой: σв=200МПа, δ=11,5%, 40НВ. Деформируемые сплавы производят в виде поковок, штамповых заготовок, горячекатаных полос, прутков и профилей. Хорошей коррозионной стойкостью, свариваемостью и технологической пластичностью отличается сплав МА1, относящийся к группе сплавов низкой прочности. Сплав МА2-1 сочетает в себе оптимальный комплекс механических и технологических свойств (хорошо сваривается, штампуется), но подвержен коррозии под напряжением.

Применение магниевых склавов. Из сплавов магния изготавливают корпуса ракет, насосов, приборов, топливные и кислородные баки, рамы двигателя, кожухи. Так, сплавы МЛ5 и МЛ6 используются для литья тормозных барабанов, штурвалов, коробок передач, МЛ10 – деталей приборов высокой герметичности. Деформируемые сплавы МА1 применяют для изготовления арматуры, бензо- и маслосистем, а также сварных деталей, МА14 – для высоконагруженных деталей.

Для обеспечения коррозионной стойкости деталей из магниевых сплавов их поверхности оксидируют с последующим нанесением лакокрасочных покрытий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На примере развитой системы маркировки сталей можно убедиться, что марка материала тем информативней, чем большее число его характеристик в ней отражается. В материаловедении существуют развитые системы маркировки и других классов материала. В частности, сплавов цветных металлов, марка которых сообщает о классе материала, его химическом составе и способе получения изделий из него.

Задание на самоподготовку:

1 Чем отличаются латуни, бронзы и мельхиоры?

2 Расшифровать марки сплавов ЛС59-1, ЛМцАЖКС

3 Чем отличаются алюминиевые сплавы Д6 и В96?

4 Каковы отличительные особенности строения титановых сплавов?

5 Каковы отличительные особенности и области применения магниевых сплавов?


4 ДИДАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ И ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ТЕМАМ «ПРАКТИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ» И «ОСНОВНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

ИНСТРУКЦИЯ

к выполнению дидактического теста для проведения промежуточного опроса по дисциплине «Материаловедение и технология материалов»

Уважаемый испытуемый!

Вашему вниманию предоставляется дидактический тест для контроля знаний по дисциплине «Материаловедение и технология металлов» на тему «Практическое материаловедение».

Выполняя задания, вносите ответы в бланки ответов, соблюдая следующие рекомендации: при выполнении 1–5 заданий, Вы должны выбрать правильные ответы из предложенных и проставить их номера в соответствующую позицию в бланке ответов; при выполнении 6–8 заданий, Вы должны найти однозначные связи между позициями левого и правого столбиков и заполнить бланк ответов по предлагаемой форме; при выполнении 9–12 заданий, Вы должны определить пропущенную информацию и внести ее в соответствующую позицию бланка ответа.

Желаем успеха!

1 Способность стали повышать твердость в результате закалки – это

а) закаливаемость  б) прокаливаемость

2 Пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе – это

а) перлит

б) мартенсит

в) аустенит

3 Основные факторы воздействия при термической обработке

а) скорость нагрева    в) давление

б) температура     г) время

4 Какие виды отжига относятся к отжигу I рода

а) гомогенизационный отжиг   г) рекристаллизационный отжиг

б) полный отжиг     д) неполный отжиг

в) изотермический отжиг  е) отжиг для снятия остаточных напряжений

5 Перегрев – это:

а) дефект термообработки, связанный с окислением и частичным оплавлением границ зерен

б) укрупнение зерен в процессе рекристаллизационного нагрева

6 Соотнесите определение и пояснение основных видов технологии металлов:

1) металлургия     

2) механическая технология

3) термическая обработка

а) получение из металла изделий заданной внешней формы

б)получение заданных свойств

в) получение металла заданного состава

7 Соотнесите процессы химико-термической обработки и химический элемент, которым насыщается металл:

1) цементация     а) азот

2) алитирование     б) углерод

3) азотирование     в) алюминий

8 Соотнесите скорость охлаждения и структуру, образующуюся при превращении аустенита при непрерывном охлаждении

1) V1    а) сорбит

2) V2    б) троостит и мартенсит

3) V3    в) троостит

4) V4    г) распад невозможен

5) V5    д) перлит

9 Термическая обработка – это процессы _________ воздействия по определенным режимам с целью изменения __________ и _________.

10 Отпуск – вид _______________________ сталей и других сплавов, осуществляемый после __________ и представляющий собой _________ до некоторой температуры с последующим __________ (на воздухе или в воде).

11 Цементация – химико-термическая обработка стальных деталей, которая повышает __________ и ___________ их поверхности путем насыщения ________.

12 Улучшение – термическая обработка, состоящая из _________и высокого ________.


Бланк ответов

на дидактический тест

Для проведения промежуточного контроля по дисциплине «Материаловедение и технология материалов», теме 5 «Практическое материаловедение».

Ответы:

1. _________

5. _________

2. _________

6. _________

3. _________

7. _________

4. _________

8. _________

9. ____________________________________________________________________

10. ___________________________________________________________________

11. ___________________________________________________________________

12. ___________________________________________________________________

Выполнил________________________

                             (ФИО учащегося)

Оценка__________________________

Проверил_________________________________________________________

                       (должность)                       (подпись)                           (ФИО)


ИНСТРУКЦИЯ

к выполнению дидактического теста для проведения промежуточного опроса по дисциплине «Материаловедение и технология материалов»

Уважаемый испытуемый!

Вашему вниманию предоставляется дидактический тест для контроля знаний по дисциплине «Материаловедение и технология материалов» на тему 6 «Основные металлические машиностроительные материалы».

Выполняя задания, Вы должны выбрать правильные ответы из предложенных и проставить их номера в соответствующую позицию в бланке ответов.

Желаем успеха!

1 Если в конце обозначения марки стали стоит буква А, то это

а) автоматная сталь

б) высококачественная сталь

в) легирующий элемент – азот

2 Запишите марку латуни, которая содержит 60% меди, по 1% алюминия и железа, остальное цинк

а) Л60АЖ

б) ЛАЖ60-1-1

в) ЛАЖЦ60-1-1-38

3 Какая из перечисленных сталей является автоматной

а) А40Г

б) 38ХА

в) 16Г2АФ

4 Как расшифровывается сталь 10Г2БД

а) инструментальная сталь, содержащая 0,1%углерода, 2% марганеца, 1% ниобия, 1% меди

б) конструкционная сталь, содержащая 0,01% углерода, 1% марганеца, 2% ниобия, 1% меди

в) конструкционная сталь, содержащая 0,01% углерода, 2% марганеца, 1% ниобия, 1% меди

5 Какая из сталей является быстрорежущей

а) Р9М4К8

б) 20ХГНР

в) 45

6 Как называются сплавы меди с цинком

а) латуни

б) мельхиоры

в) бронзы

7 Как маркируются деформируемые магниевые сплавы

а) Мг

б) МА

в) МЛ

8 Какая марка стали должна использоваться для конструкций, работающих в условиях крайнего севера

а) 20

б) 20Г

в) 15

9 Как расшифровать сплав БрО3Ц12С5

а) литейная бронза, содержащая 3% олова, 12% цинка, 5% свинца

б) деформируемая бронза, содержащая 3% олова, 12% цинка, 5% свинца

в) литейная бронза, содержащая 3% олова, 12% цинка, 5% сурьмы

10 Если в начале марки легированной стали стоит «0», то содержание углерода в ней составляет

а) 0%      в) 0,08%

б) 0,04%

Бланк ответов

на дидактический тест

Для проведения промежуточного контроля по дисциплине «Материаловедение и технология материалов», теме 6 «Основные металлические машиностроительные материалы».

Ответы:

1. _________

6. _________

2. _________

7. _________

3. _________

8. _________

4. _________

9. _________

5. _________

10. ________

Выполнил________________________

                             (ФИО учащегося)

Оценка__________________________

Проверил_________________________________________________________

                       (должность)                       (подпись)                           (ФИО)

Комплект дидактического материала к курсу лекций по дисциплине «Материаловедение и технология материалов» (Практическое материаловедение и Основные металлические машиностроительные материалы)


ВЫБОР ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

 


ТЕРМОКИНЕТИЧЕСКИЕ ДИАГРАММЫ РАСПАДА ПЕРЕОХЛАЖДЕННОГО АУСТЕНИТА

 


СХЕМА ПОЛНОГО ОТЖИГА ДОЭВТЕКТОИДНОЙ СТАЛИ

ИДЕАЛЬНАЯ КРИВАЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИ ЗАКАЛКЕ

КРИВЫЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ЗАКАЛКИ 


СХЕМА ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОФАЗНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ХТО

ЗАВИСИМОСТЬ ТОЛЩИНЫ ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ ОТ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ НАСЫЩЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРЫ И ИЗМЕНЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПО ТОЛЩИНЕ ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ


УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В МАРКАХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ

Химический

символ

Наименование легирующего элемента

Условное обозначение в марке

N

азот

А

Nb

ниобий

Б

W

вольфрам

В

Mn

марганец

Г

Cu

медь

Д

Se

селен

Е

Co

кобальт

К

Ni

никель

Н

Mo

молибден

М

P

фосфор

П

B

бор

Р

Si

кремний

С

Ti

титан

Т

V

ванадий

Ф

Cr

хром

Х

Zr

цирконий

Ц

Al

алюминий

Ю

Ce, La, Y и др.

редкоземельные

Ч

ПРЕДЕЛЬНЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ПОЗВОЛЯЮЩИЕ СЧИТАТЬ ИХ ПОСТОЯННЫМИ ПРИМЕСЯМИ

Элемент в составе стали

Mn

Si

Cr

Ni

Cu

V

Предельная концентрация элемента как примеси, мас. %, не более

0,8

0,35

0,25

0,25

0,25

0,03


МАРКИРОВКА МЕДНО-ЦИНКОВЫХ СПЛАВОВ

Условные обозначения компонентов и легирующих элементов в марках сплавов на основе меди

Химический символ

Наименование легирующего элемента

Условное обозначение

Sn

Олово

О

Zn

Цинк

Ц

Al

Алюминий

А

Mn

Марганец

Мц

Be

Бериллий

Б

Fe

Железо

Ж

Ni

Никель

Н

Деформируемые латуни:

Например: ЛАН59-3-2, ЛАЖ60-1-1, ЛЖМц59-1-1

Литейные латуни:


Например: ЛЦ23А6Ж3Мц2, ЛЦ40Мц3Ж, ЛЦ16К4

Химический символ

Наименование легирующего элемента

Условное обозначение

P

Фосфор

Ф

Pb

Свинец

С

Si

Кремний

К

Ti

Титан

Т

Cr

Хром

Х

Sb

Сурьма

Су

Zr

Цирконий

Цр

Деформируемые бронзы:

Например: БрОФ6,5-0,4; БрОЦС4-4-2,5; БрСуН6-2

Литейные бронзы:

Например: БрО3Ц12С5; БрХ0,5; БрО3Ц7С5Н1


МАРКИРОВКА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

БУКВЕННО-ЦИФРОВАЯ

Принцип классификации

Сплав

Название

Обозначение

По химическому составу

Амг, АМц

По названию сплава

Дуралюминий

Д1, Д6

По технологическому назначению

Ковочный

АК6, АК8

По свойствам

Высокопрочный

В95, В96

По методу получения полуфабрикатов и изделий

Спеченный литейный

САП, САС, АЛ2

По виду полуфабрикатов

Проволочный

АМг5П

ЦИФРОВАЯ

Цифра, стоящая на втором месте, обозначает:

0 – легирующих элементов нет, есть только примеси

1 – сплавы системы Al-Cu-Mg и Al-Mg-Fe-Ni

2 – сплавы системы Al-Cu-Mn и Al-Li-Cd-Mn

3 – сплавы системы Al-Mg-Si и Al-Mg-Si-Cu

4 – сплавы, легированные Li, а также малорастворимыми в алюминии компонентами Mn, Cr, Zr, Ni, Be и др.

5 – сплавы системы Al-Mg

9 – сплавы системы Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Cu


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью разработанного курса лекций и дидактического материла по дисциплине «Материаловедение и технология материалов» является облегчение изучения данной дисциплины и возможность организации самостоятельной работы обучающихся. Курс лекций предназначен для использования преподавателями данной дисциплины, а также для курсантов Уральского института государственной противопожарной службы.

Данная часть разработки включает две темы дисциплины: «Практическое материаловедение», «Основные металлические машиностроительные материалы». Каждая лекция построена в соответствии с требованиями нормативно-методического обеспечения учебного процесса в вузе и содержит задание для самоподготовки курсантов по изученной теме. Также к каждому теме дисциплины разработаны тесты промежуточного контроля, позволяющие оценить уровень усвоения учащимися учебного материала. К содержанию каждой лекции разработаны плакаты, позволяющие сделать изложение учебного материала более наглядным и понятным.

Курс лекций используется в Уральском институте государственной противопожарной службы в течение двух лет. Данная работа позволит издать курс лекций по дисциплине «Материаловедение и технология материалов» в печатном виде для инженеров по специальности «Пожарная безопасность», что позволит облегчить работу преподавателей и изучение учебного материала курсантами, ориентирует их на познавательную и самостоятельную деятельность.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Гендина Н.И., Колкова Н.И. Нормативно-методическое обеспечение учебного процесса в вузе. Стандарты высшего учебного заведения: В 3 ч. – Кемерово, 1998. – 170 с.

2 Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Квалификация – инженер. Направление подготовки дипломированного специалиста – «Безопасность жизнедеятельности». Специальность 330400 «Пожарная безопасность». – М., 2000.

3 Гузанов Б.Н., Бухаленков В.В., Анисимова Л.И. Классификация и правила маркировки металлических материалов: Учеб. пособие. – Екатеринбург: Изд-во Уральского института ГПС МЧС РФ, 2005. – 54 с.

4 Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1987. – 647 с.

5 Колесов С.Н., Колесов И.С. Материаловедение и технология конструкционных материалов. – М.: Высшая шк., 2004. – 519 с.

6 Клюева Г.А. Разработка тестов достижений в учебных заведениях профессионального образования. Методические рекомендации. – Пермь: Изд-во ПОИПКРО, 2001. – 40 с.

7 Лахтин Ю.М. Материаловедение и термическая обработка металлов: Учеб. для вузов. – М.: Металлургия, 1983. – 389 с.

8 Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учеб. для машиностр. Вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980. – 493 с.

9 Мамай С.П. Методика составления тестовых заданий: Учеб. пособие. – Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. проф.-пед. ун-та, 2001. – 58 с.

10 Материаловедение: Учеб. для вузов. / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Н. Мулин и др. – М.: МГТУ им. Баумана, 2004. – 648 с.

11 Материаловедение и технология металлов: Учеб. / Под ред. Г.П. Фетисова. – М.: Высшая школа, 1999. – 640 с.

12 Материаловедение и технология металлов. Рабочая программа цикла ОПД ГОС ВПО по специальности 330400 – Пожарная безопасность для слушателей очной и заочной форм обучения. – Екатеринбург: Уральский институт ГПС МЧС России, 2005. – 20 с.

13 Металловедение и термическая обработка стали: Справ. изд. – 3-е изд. перераб. и доп. / Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштадта А.Г. – М.: Металлургия, 1983. –216 с.

14 Никитина Н.Н., Железнякова О.М., Петухов М.А. Основы профессионально-педагогической деятельности: Учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. – М.: Мастерство, 2002. – 288 с.

15 Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. – 3-е изд., перераб и доп. – М.: Металлургия, 1978.

16 Педагогика: педагогические теории, системы, технологии: Учеб. для студ. высш. и сред. пед. учеб. заведений / С.А. Смирнов, И.Б. Котова, Е.Н. Шиянов и др.; Под ред. С.А. Смирнова. – 4-е изд., испр. М.: Издательский центр «Академия», 2001. – 512 с.

17 Пейсахов А.М., Кугер А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов. – СПб.: Изд-во Михайлова, 2004. – 407 с.

18 Профессиональная педагогика: Учеб. для студентов, обучающихся по пед. специальностям и направлениям. – М.: Ассоциация «Профессиональное образование», 1997. – 512 с.

19 Профессионально-педагогические понятия: Слов. / Сост. Г.М. Романцев, В.А. Федоров, И.В. Осипова, О.В. Тарасюк; Под ред. Г.М. Романцева. – Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2005. – 456 с.

20 Сертификация, метрология и управление качеством: Крат. энцикл. слов. педагога проф. обучения/ Авт.-сост. Л.И. Анисимова, Б.Н. Гузанов, И.В. Осипова, Ю.В. Осколкова, Т.Б. Соколова, О.В. Тарасюк, М.А. Черепанов; Под общ. ред. Б.Н. Гузанова. – Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2005. – 176 с.

21 Травин О.В., Травина Н.Т. Материаловедение: Учеб. для втузов. – М.: Металлургия, 1989. – 384 с.

22 Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справ./ Г.В. Борисенок, Л.А. Васильев, А.Г. Ворошин и др. – М.: Металлургия, 1981. – 424 с.

23 Шалунова М.Г., Эрганова Н.Е. Практикум по методике профессионального обучения: Учеб. пособие. – Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2005. – 67 с.

24 Чернилевский Д.В. Дидактические технологии в высшей школе: Учеб. пособие для вузов. – М.: ЮНИТИ–ДАНА, 2002. – 437 с.

25 Эрганова Н.Е. Методика профессионального обучения: Учеб. пособие. – 3-е изд., испр. и доп. – Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2003. – 150 с.


145


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7211. Telephone Etiquette 31.5 KB
  Тема: TelephoneEtiquette Вид заняття: самостійна робота. Мета: розвивати самостійність студентів, розвивати вміння і навички роботи з додатковою літературою, оволодівати методами добору матеріалу, вчитися виділяти головне. Літерату...
7212. Классификация субъектов предпринимательской деятельности и организационно- правовые формы. Юридические лица 35.22 KB
  Классификация субъектов предпринимательской деятельности и организационно-правовые формы. Юридические лица. Понятие, признаки, общая и специальная правоспособность юридического лица. Государственная регистрация и учредительные документы юридич...
7213. Правовий режим майна субєктів господарювання 491 KB
  План 1. Майно у сфері господарювання. 2. Поняття і види правового режиму майна у сфері господарювання. 3. Право державної власності та правові форми її реалізації. 4. Право комунальної власності та правові форми її реалізації. 5. Право колективної в...
7214. Религия и культура 119.5 KB
  Религия и культура 1. Взаимоотношения религии и культуры в истории человечества. Сущность и основные функции религии. 2. Языческая культура. 3. Христианство и культура. 4. Исламская культура. Религия (лат. religio - благочестие...
7215. Распространение сигналов по оптическому кабелю 252.5 KB
  Распространение сигналов по оптическому кабелю. Передача сигналов по оптическому кабелю имеет свои особенности, которые связаны со способом передачи оптических сигналов, а также с тем, что распространение излучения по световоду является многомодовым...
7216. Сдвигающие Регистры 647 KB
  Сдвигающие Регистры Для выполнения операций умножения,деления, сложения необходим сдвиг числа влево или вправо. L1, L2 - сдвиг влево R1, R2 - сдвиг вправо (на 1 разряд, на 2)...
7217. Биохимия. Конспект лекций. Основные классы биомолекул 1.4 MB
  Основные классы биомолекул Практически все сухое вещество клеток составляют органические соединения, представленные четырьмя основными видами молекул: белками, нуклеиновыми кислотами, полисахаридами и липидами. Все они отличаются по свойствам, а зна...
7218. Проектирование систем электроснабжения 644.5 KB
  Проектирование систем электроснабжения Выбор оборудования Задание к расчётной работе Согласно приведённой на рис. 1 схеме от шин подстанции энергосистемы питается главная понизительная подстанция (ГПП), предназначенная для электроснабжения промышлен...
7219. Краткая характеристика ЗАО «МРК» 432 KB
  Цель руководства ЗАО «МРК» - техническое перевооружение литейного производства и создание единого литейного цеха с современным плавильным, формовочным оборудованием. ЗАО «МРК» - главный поставщик тюбингов для строящегося в областном центре метрополитена.