U većini slučajeva, za čelike i legure dobivene nakon njihova taljenja i naknadne primarne tlačne obrade - valjanje, istiskivanje ili kovanje - nije moguće dobiti potrebna fizikalna i mehanička svojstva i strukturu. Što je razumljivo: povećanje plastičnosti, na primjer, pomaže u smanjenju ukupne potrošnje energije u obradi izratka, a neravnomjerna struktura čeličnog ingota neizbježna je zbog osobitosti provođenja većine metalurških procesa.

Toplinska obrada metala

Ali za daljnju eksploataciju dijelovi i komponente opreme često zahtijevaju potpuno različite karakteristike - čvrstoću, tvrdoću, krutost itd. Za te je svrhe namijenjena toplinska obrada metala.

Bit procesa toplinske obrade

zadataka razne tehnologije toplinska obrada je:

• Osiguravanje najpovoljnije mikrostrukture čelika i legura;
• Postizanje željene razine tvrdoće: bilo u tankoj površinskoj (ili podzemnoj) zoni, ili u cijeloj presjek praznine;
• Ispravak kemijski sastav u zrncima makrostruktura razne legure.

U prvom slučaju potrebno je osigurati maksimalan stupanj homogenosti svojstava metala, što je važno, na primjer, za naknadnu mehaničku ili, posebno, deformirajuću obradu. Kao rezultat toga, uvjeti za promjenu oblika obratka u sva tri koordinatne osi su isti, a brak završnog dijela je isključen.

Osim toga, potrebno je uskladiti mikro i makrostrukturu za procese oblikovanja metala kako bi se povećao stupanj deformacije poluproizvoda, čime se u konačnici oblik obratka približava obliku gotovog proizvoda. Štoviše, za najmanji broj prijelaza i uz minimalan napor opreme potreban za to.

Promjena tvrdoće (kao rezultat toplinske obrade) namijenjena je poboljšanju performansi dijelova. Budući da uvjeti rada mogu biti vrlo različiti, kompleks fizičkih i mehanička svojstva odabire se strogo pojedinačno: ne postoje univerzalni procesi toplinske obrade za legure s različitim sastavima.

Promjena kemijskog sastava u zrnima mikrostrukture, zbog stvaranja novih spojeva, u većini slučajeva ne samo da povisuje pokazatelje tvrdoće, već i povećava otpornost na habanje dijelova koji moraju raditi na povećanom trenju, temperaturi ili povećana u odnosu na normalna specifična opterećenja.

kaljenje-kaljenje

Prva skupina tehnologija toplinske obrade za različite legure, uključujući čelik, uključuje žarenje i kaljenje. U drugom - stvrdnjavanje, normalizacija, poboljšanje, starenje, hladno liječenje. U trećem - sve vrste termokemijske obrade.

Žarenje

Bit procesa koji se odvijaju u strukturi većine legura podvrgnutih žarenju je osigurati najbalansiraniju strukturu obratka, u kojoj ili nema unutarnjih naprezanja ili je njihova razina dovoljno niska, te stoga ne utječe na kasniju obradivost. metali/legure.

Početna struktura gotovo svih legura i čelika je prilično velika zrna, između kojih se nalaze inkluzije i nečistoće, uglavnom sumpor i fosfor. Time se povećava krhkost metala, što može biti važno pri formiranju proizvoda složene konfiguracije od ingota (ili žičane šipke). Stoga je potrebno smanjiti veličinu zrna i dati mu optimalan oblik elipsoida, u kojem će mehanička svojstva biti približno jednaka duž sve tri koordinatne osi.

U tu svrhu, izvorni radni komad mora se zagrijati na temperaturu od 50 ... 70 0 C iznad temperature početka transformacije austenita. Njegov rezultat je stvaranje malih i dobro orijentiranih zrna austenita između zrna glavnih strukturnih komponenti čelika - ferita i cementita. Austenit se formira od perlita, strukture koja ima najveća zrna, što doprinosi povećanju krhkosti bilo kojeg ingota. Austenitna transformacija za većinu legura odvija se prilično sporo, pa je žarenje dugotrajan postupak koji bi trebao trajati najmanje sat vremena.

Drugi važan zadatakžarenje - ukloniti unutarnja naprezanja koja nastaju u izratku tijekom njegove obrade pritiskom u hladnom stanju. Činjenica je da je svaka deformacija popraćena drobljenjem zrna izvorne strukture čelika i legura. Kao rezultat toga, ima više zrna, povećava se otpor na deformaciju, što ne samo da zahtijeva povećanu silu deformacije, već također uzrokuje uništenje poluproizvoda, čiji je stupanj deformacije premašio kritični pokazatelj za ovaj metal.

Sukladno tome, za provedbu prvog zadatka koristi se tehnologija visokotemperaturnog žarenja (za čelike, ovisno o sadržaju ugljika, kreće se od 550 ... 750 0 C), au drugom - niskotemperaturno žarenje (180 ... 220 0 S).

Metode žarenja na visokim temperaturama

Zagrijavanje se događa polako, nakon čega slijedi održavanje proizvoda na zadanoj temperaturi, nakon čega slijedi polagano hlađenje. Za legirane čelike i legure takvo se hlađenje provodi posebno malom brzinom, u samoj peći, gdje se vršilo žarenje.

Odmor

Kaljenje prema tehnologiji nalikuje žarenju, ali se ne provodi s izratkom, već s gotovim proizvodom, te stoga slijedi druge zadatke - ublažavanje unutarnjih naprezanja nakon toplinske obrade, koja je provedena kako bi se povećala tvrdoća dijela.

Samoproces toplinska obrada dopust nije. Za razliku od žarenja, kaljenje se ponekad provodi u nekoliko koraka: u većini slučajeva to se odnosi na proizvode za čiju su proizvodnju korišteni različite vrste visoko legirani čelik.

stvrdnjavanje

Stvrdnjavanje se sastoji u brzom zagrijavanju obratka do temperature kraja austenitne transformacije (900 ... 1100 0 C - za čelike s niskim udjelom ugljika, 750 ... 850 0 C - za čelike s visokim udjelom ugljika) i naknadnim brzo hlađenje u posebnim medijima za gašenje. Kao potonje, koristi se voda (za proizvode niske odgovornosti) ili ulje.

Načini stvrdnjavanja su najrazličitiji. Glavni čimbenik koji određuje učinkovitost stvrdnjavanja je intenzitet stvaranja martenzita u strukturi - visokotemperaturne komponente koja metalu ili leguri daje povećanu tvrdoću.

Uvjeti za stvaranje martenzita određeni su sljedećim okolnostima:

Sukladno tome, za svaki razred čelika ili legure razvijeni su pojedinačni načini kaljenja koji se razlikuju:

Stvrdnjavanje čelika i legura složenog sastava, uključujući nekoliko legirajućih elemenata (osobito, kobalt, molibden), provodi se s posebnom pažnjom. Ovi metali u procesu tvore intermetalne spojeve duž granica zrna glavne strukture, što značajno povećava tvrdoću i čvrstoću čelika (osobito alatnih čelika). Oblik i koncentracija intermetalnih spojeva ovise samo o točnosti tehnologije stvrdnjavanja.

Vrste kaljenja određuju se opremom na kojoj se izvodi. Na primjer, za proizvode kao što su zupčanici, osovine, vodilice stupova, gdje je potrebno optimalna kombinacija visoka površinska tvrdoća i relativno žilava jezgra, koristi se površinsko kaljenje visokofrekventnim strujama.

Da biste to učinili, proizvod se stavlja u indukcijsku zavojnicu, kroz koju prolazi struja visoke frekvencije (do 15 000 ... 25 000 Hz). Prodirući do ograničene dubine, ova struja doprinosi povećanju površinske čvrstoće čelika ili legura. Kao rezultat toga, čvrstoća na zamor dijelova koji rade pod ciklički promjenjivim vlačno-tlačnim naprezanjima značajno raste.

Intenzivnija promjena tvrdoće površine dijela može se postići korištenjem visokoenergetskih izvora topline za stvrdnjavanje - iskre ili lučnog pražnjenja. Pražnjenja moraju biti uzbuđena u tekući medij, gdje se postavlja radni komad ili dio.

Nakon gašenja, u velikoj većini slučajeva, kaljenje je potrebno, inače prekomjerna konačna tvrdoća dijela postaje uzrok povećane lomljivosti pod udarnim opterećenjima.

Poboljšanje i normalizacija

Kao vrste toplinske obrade, ovi su procesi slični žarenju, iako su namijenjeni za druge svrhe - za povećanje operativne trajnosti kritičnih dijelova strojeva i alata.

Tijekom normalizacije, dio se podvrgava sporom zagrijavanju, održava se na zadanoj temperaturi, nakon čega se nužno ohladi zajedno s peći. Kao rezultat toga, struktura dijela postaje uravnoteženija, a razina unutarnjih naprezanja ide dolje.

Značajna razlika je sastav atmosfere, peć u kojoj se izvode te operacije toplinske obrade. Mora biti neoksidirajući, jer intenzivno stvaranje oksida na površini proizvoda ne samo da pogoršava njegov izgled, već i mijenja njegove dimenzije. Izgaranje ugljika, koje također prati toplinsku obradu u konvencionalnoj peći, pogoršava kemijski sastav čelika i smanjuje njegovu čvrstoću.

Smanjenje pristupa kisika površini dijela tijekom normalizacije izvodi se na nekoliko načina:

• Grijanje s planiranim nedostatkom kisika. U ovom slučaju, stabilnost plinski plamenici peći za toplinsku obradu kompenziraju se povećanjem brzine dovoda zraka u zonu izgaranja;
• Toplinska obrada u zaštitnom plinskom okruženju. Za kritične dijelove koriste se litijeva para, argon ili drugi plemeniti plinovi, u drugim slučajevima - ugljični dioksid;
• Nanošenjem zaštitnih premaza na površinu proizvoda koji se normalizira.

Nakon normalizacije, dio se hladi na mirnom zraku, sprječavajući njegovo puhanje: to može uzrokovati nehomogenu, "pjegavu" mikrostrukturu proizvoda.

Poboljšanje je operacija toplinske obrade, uslijed koje se povećava obradivost čelika i legura, a smanjuje se razina zaostalih naprezanja u njima. To je popraćeno određenim smanjenjem tvrdoće.

Martenzitna komponenta u strukturi većine čelika i legura može se pojaviti ne samo pri povećanju, već i pri niska temperatura. Tehnologija hladnog tretmana je povoljna u usporedbi s tradicionalne tehnologije toplinska obrada kako slijedi:

Načini kriogene obrade ovise o vrsti čelika/legura, a fluktuiraju u rasponu od -60…-140 0 S. niske temperature. Kombinacijom ciklusa zagrijavanja i hlađenja, potpuna razgradnja zaostalog austenita postiže se za 4 ... 7 sati (više vrijednosti za visokolegirane čelike).

Posebna vrsta toplinske obrade su procesi kemijsko-toplinske obrade. Njihova je zadaća stvaranje karbida i nitrida u mikrostrukturi površine - spojeva koji značajno povećavaju mikrotvrdoću dijelova i stvaraju u njima zaostala tlačna naprezanja. Takvi proizvodi pokazuju posebno visoku otpornost na izmjenična opterećenja.

Video: Kako očvrsnuti bilo koji čelik

Obrada metala termički je promjena unutarnja struktura(struktura) metala pod utjecajem promjene temperaturni uvjeti i dobivanje, kao rezultat, potrebne mehaničke i fizikalna svojstva metal. Velik dio toplinske obrade odvija se na kritičnim temperaturama pri kojima dolazi do strukturne transformacije u legurama.

Stoga se smanjuje toplinska obrada metala po tri uzastopne operacije i vrste:

• zagrijavanje metala određenom brzinom do određene temperature;
• izlaganje metala neko vrijeme na ovoj temperaturi;
• hlađenje brzinom određenom postupkom.

Ovisi o tome kako promijeniti svojstva određenog čeličnog proizvoda te se koriste različite vrste toplinske obrade koje se razlikuju po maksimalnoj temperaturi zagrijavanja, vremenu držanja i brzini hlađenja. U strojarstvu je toplinska obrada našla najširu primjenu.

Toplinska obrada metala, legura, čelika

Sva svojstva bilo koje legure ovise o njezinoj strukturi. Glavni način koji vam omogućuje promjenu ove strukture je toplinska obrada. Njegove temelje razvio je D.K. Chernov, a kasnije su njegov rad podržali A.A. Bochvar, G.V. Kurdyumov, A.P.

Toplinska obrada metala i legure je niz operacija kao što su: grijanje, držanje i hlađenje, koji se izvode određenim redoslijedom i određenim načinom, kako bi se promijenila unutarnja struktura legure i dobila željena svojstva, pri čemu se kemijski sastav metala ne mijenja.

Što je toplinska obrada metala i legure?

• u žarenju
• stvrdnjavanje
• Odmor
• Normalizacija

Žarenje. To je zagrijavanje metala na visoku temperaturu, a zatim dolazi do sporog hlađenja. Događa se žarenje različite vrste- sve ovisi o tome temperaturni režim brzina grijanja i hlađenja.

stvrdnjavanje. Toplinska obrada čelika, legura, metala, koja se temelji na prekristalizaciji čelika kada se zagrijava iznad kritična temperatura. Nakon držanja čelika na ovoj temperaturi slijedi vrlo brzo hlađenje. Takav čelik ima neravnotežnu strukturu i stoga nakon stvrdnjavanja slijedi kaljenje.

Odmor. Izvodi se nakon stvrdnjavanja kako bi se smanjila ili uklonila zaostala naprezanja u čeliku i legurama, povećala žilavost, smanjila tvrdoća i lomljivost metala.

Normalizacija. Slično je žarenju, jedina razlika je u tome što se normalizacija metala događa na zraku, a žarenje se odvija u peći.

Zagrijavanje izratka

Ova je operacija vrlo odgovorna. Od nje pravilno ponašanje ovisi, prvo, o kvaliteti proizvoda, a drugo, o produktivnosti rada. Potrebno je znati da pri zagrijavanju metal mijenja strukturu, svojstva i sve karakteristike površinskog sloja. Budući da kada čelik ili legura stupe u interakciju sa zrakom, željezo se oksidira i na površini se stvara kamenac. Debljina ljestvice ovisi o kemijskom sastavu metala, temperaturi i vremenu zagrijavanja.

Čelik počinje brzo oksidirati kada se zagrije iznad 900 stupnjeva, tada se oksidabilnost udvostručuje - kada se zagrije na 1000 stupnjeva C, a na temperaturi od 1200 stupnjeva C - 5 puta.

Što je oksidacija različitih čelika?

Kromirani čelik od nikla- naziva se otpornim na toplinu jer praktički nije podložan oksidaciji.

Legura čelika- tvori gustu, ali tanki sloj kamenac, koji štiti od daljnje oksidacije i sprječava pucanje tijekom kovanja.

Ugljični čelik- zagrijavanjem gubi oko 2–4 mm ugljika s površine. To je vrlo loše za metal, jer gubi snagu, tvrdoću i čelik se pogoršava stvrdnjavanjem. A posebno je vrlo štetna dekarbonizacija za kovanje malih dijelova, nakon čega slijedi otvrdnjavanje. Kako bi se izbjegle pukotine u visoko legiranom i visokougljičnom čeliku, moraju se polagano zagrijavati.

Obavezno pogledajte dijagram "željezo-ugljik", gdje se određuje temperatura za početak i kraj kovanja. To se mora učiniti tako da metal, kada se zagrije, ne dobije grubo zrnastu strukturu i da se njegova plastičnost ne smanji.

Ali pregrijavanje obratka može se ispraviti toplinskom obradom, ali to zahtijeva dodatnu energiju i vrijeme. Ako se metal zagrije do viša temperatura, onda će to dovesti do prekomjernog izgaranja, koje će doći do toga da se u metalu prekine veza između zrna i da će se tijekom kovanja potpuno urušiti.

Izgorjeti

Ovo je najnepopravljiviji brak. Prilikom zagrijavanja metala ili legure potrebno je pratiti temperaturu, vrijeme i kraj zagrijavanja. Tralja raste ako se vrijeme zagrijavanja produži, a pukotine se mogu pojaviti pri brzom ili intenzivnom zagrijavanju.

Do pregrijavanja legure dolazi zbog difuzije kisika na granicama zrna, gdje odmah nastaju oksidi koji na visokoj temperaturi legure odvajaju zrna, a pritom čvrstoća odmah naglo pada. A plastičnost u ovom trenutku dolazi na nulu. Ovaj brak se odmah šalje na raspad.

Što je toplinska obrada metala i legura

Toplinska obrada podijeljeno na:

• toplinski;
• termomehanički;
• kemotermalni

NA toplinski obrada uključuje glavne vrste - žarenje 1. vrste, žarenje 2. vrste, kaljenje i kaljenje. Normalizacija se ne primjenjuje na sve vrste čelika, sve ovisi o njegovom stupnju legiranja.

Sve vrste toplinske obrade imaju različite temperature zagrijavanja, trajanje držanja na toj temperaturi i brzinu hlađenja nakon završetka držanja.

Prva vrsta žarenja je difuzijsko žarenje, žarenje za ublažavanje naprezanja.

Druga vrsta žarenja dijeli se na nepotpuno, potpuno, izotermno žarenje, sferoidizaciju i normalizaciju.

Stvrdnjavanje se koristi kako bi se osiguralo da su proizvodi tvrd, jak i otporan na habanje.

Kemijska termička obrada

To je takva toplinska obrada čelika, koja je povezana sa zasićenjem površine proizvoda - ugljik, dušik, aluminij, silicij, krom itd., Koji tvore supstitucijske krute otopine sa željezom. Dulji su i energetski intenzivniji od čelika zasićenog željezom i ugljikom, koji sa željezom stvara međuprostorne krute otopine.

Kemijsko-toplinska obrada, pri stvaranju povoljnih zaostalih tlačnih naprezanja na površini proizvoda, povećava trajnost i pouzdanost proizvoda. Ona također podiže otpornost na koroziju, tvrdoća.

Takva obrada namijenjena je promjeni sastava čelika u određenom sloju. Ove metode uključuju:

• cementiranje - ovom metodom gornji slojčelik je obogaćen ugljikom. U ovom slučaju dobivaju se proizvodi s kombiniranim svojstvima - mekana jezgra i tvrda jezgra. površinski sloj;
• nitriranje - e obogaćivanje površinskog sloja dušikom radi povećanja otpornosti na koroziju i čvrstoće proizvoda na zamor;
• dosadno - to je zasićenje površinskih slojevačelik s borom, ovom metodom povećava se otpornost proizvoda na habanje, osobito tijekom trenja i suhog klizanja. Osim toga, kada je borenje isključeno, hladno hvatanje ili zavarivanje dijelova. Pojedinosti nakon bordiranja izrađene su vrlo otporne na kiseline i lužine;
• aluminiziranje - ovo je zasićenje čelika aluminijem. To je učinjeno kako bi se čeliku pružila otpornost na agresivne plinove - sumporni anhidrid, sumporovodik;
• kromiranje - zasićenje površinskog sloja čelika kromom. Kromiranje mekih čelika gotovo da nema utjecaja na njihove karakteristike čvrstoće. Kromiranje čelika s većim udjelom kroma naziva se tvrdim kromiranjem, jer na površini dijelova nastaje krom karbid koji ima:
  • visoka tvrdoća
  • otpor skale
  • otpornost na koroziju
  • povećana otpornost na habanje

Ovo je toplinska obrada metala i legura otvrdnjavanjem na kriogenim, vrlo niskim temperaturama - ispod -153 stupnja C. Prije se takva toplinska obrada nazivala "hladna obrada" ili "toplinska obrada metala na temperaturi ispod nule". Ali ti nazivi nisu sasvim odražavali cijelu bit kriogene obrade.

Njegova je suština sljedeća: dijelovi koji se obrađuju stavljaju se u kriogeni procesor, gdje se polako hlade, a zatim se dijelovi drže na temperaturi od -196 stupnjeva C određeno vrijeme. Zatim se postupno vraćaju na sobnu temperaturu. Kada se ovaj proces odvija, dolazi do strukturnih promjena u metalu. Zbog toga se povećava otpornost na habanje, ciklička čvrstoća, otpornost na koroziju i eroziju.

Glavna svojstva dobivena tijekom obrade, kao što je hladno hlađenje, zadržavaju se tijekom cijelog vijeka trajanja obratka i stoga ne zahtijevaju ponovnu obradu.

Sigurno, kriogena tehnologija neće zamijeniti metode toplinskog stvrdnjavanja, ali kada se obradi hladnom, dat će materijalu nova svojstva.

Alati tretirani ultra niskim temperaturama omogućuju tvrtkama smanjenje troškova jer:

• povećava otpornost na habanje alata, dijelova i mehanizama;
• smanjuje se broj brakova;
• smanjuju se troškovi popravka i zamjene tehnološke opreme i alata.

Sovjetski su znanstvenici omogućili potpunu procjenu učinka hladnog tretmana na metal i leguru i postavili temelje za korištenje ove metode.

NA dano vrijeme metoda kriogene obrade proizvoda ima široku primjenu u svim industrijama.

Strojarstvo i obrada metala:

• povećava resurs opreme i alata do 300%;
• povećava otpornost materijala na habanje;
• povećava cikličku snagu;
• povećava otpornost na koroziju i eroziju;
• ublažava rezidualni stres.

Posebna oprema i transport:

• povećava resurs kočionih diskova za 250%;
• poboljšava učinkovitost kočionog sustava;
• povećava cikličku čvrstoću opruga ovjesa i ostalih elastičnih elemenata za 125%;
• povećava resurs i snagu motora;
• smanjuje operativne troškove vozila.

Obrambena industrija:

• povećava preživljavanje cijevi do 200%;
• smanjuje učinak zagrijavanja cijevi na rezultate pucanja;
• povećava resurs čvorova i mehanizama.

Rudarstvo i prerađivačka industrija:

• povećava trajnost alata za rezanje stijena do 200%;
• smanjuje abrazivno trošenje jedinica i mehanizama;
• povećava otpornost opreme na koroziju i eroziju;
• povećava resurse industrijske i rudarske opreme.

Audio oprema i glazbeni instrumenti:

• smanjuje izobličenje signala u vodičima;
• poboljšava glazbenu aktivnost, jasnoću i transparentnost zvuka;
• proširuje raspon zvuka glazbenih instrumenata.

Kriogena obrada koristi se u gotovo svim industrijama gdje je potrebno povećati resurse, povećati čvrstoću i otpornost na habanje, kao i povećati produktivnost.

Pouzdanost i trajnost metalne konstrukcije, oprema, cjevovodi ovisi o kvaliteti proizvodnih jedinica, dijelova, elemenata od kojih se sastoje. Tijekom rada podvrgnuti su statičkim, dinamičkim i cikličkim opterećenjima te utjecaju agresivnog okruženja. Moraju raditi na niskim i visoke temperature i je u uvjetima brzog trošenja.

Stoga rad bilo kojeg metalnog proizvoda izravno ovisi o otpornosti na habanje, čvrstoći, toplinskoj i korozijskoj otpornosti elemenata od kojih se sastoje.

Kako bi se poboljšale sve te karakteristike, potrebno je odabrati pravi materijal za dijelove, poboljšati njihov dizajn, otkloniti netočnosti montaže, poboljšati metode toplog i hladnog rada.

Tako visoke zahtjeve rijetko ispunjavaju materijali u isporučenom stanju. Glavni dio isporučen strukturni elementi potrebna stabilizacija operativna svojstva tako da se ne mijenjaju tijekom vremena. I za poboljšanje mehaničke i fizikalno-kemijske karakteristike metalni materijali, primijeniti toplinsku obradu. Ovo je slijed operacija zagrijavanja, držanja i hlađenja metala i legura.

Provodi se radi promjene strukture i svojstava metala i legura u zadanom smjeru. Toplinska obrada koristi se za promjenu strukture faznog sastava i preraspodjele komponenti, veličine i oblika kristalnih zrna, vrste defekata, njihovog broja i raspodjele. A sve to olakšava dobivanje traženog svojstva materijala.

Treba imati na umu da svojstva metala i legura ne ovise samo o strukturi, već io kemijskom sastavu koji nastaje tijekom metalurškog i ljevaoničkog procesa.

Zadatak toplinske obrade je uklanjanje unutarnjeg naprezanja u metalu i leguri, poboljšanje mehaničkih i radnih svojstava i drugo.

podvrgnuti toplinskoj obradi čelik, lijevano željezo, obojene legure.

Morate znati da materijali s istim kemijskim sastavom tijekom različiti načini rada toplinskom obradom, možete dobiti nekoliko potpuno različitih struktura koje će imati potpuno različita svojstva. Poboljšanjem mehaničkih svojstava toplinskom obradom, legure s viš jednostavna kompozicija. Dopuštena naprezanja, smanjenje mase dijelova i mehanizama, povećanje njihove pouzdanosti i trajnosti također se mogu postići toplinskom obradom.

Tema 1.2 Toplinska i kemijsko-toplinska obrada metala i legura

Toplinska obrada je proces čija je bit zagrijavanje i hlađenje proizvoda prema određenim načinima, uslijed čega dolazi do promjene strukture, faznog sastava, mehaničkih i fizikalnih svojstava. Koriste se i razne vrste kemijsko-toplinske obrade, čija je bit legiranje površinskog sloja proizvoda s dušikom, ugljikom ili nekim metalima (aluminij, krom, berilij) uz naknadnu toplinsku obradu.

Ovisno o namjeni toplinske obrade, postoje različite vrste, koje se razlikuju po temperaturi zagrijavanja, vremenu zadržavanja i brzini hlađenja.

Glavne vrste toplinske obrade čelika su žarenje, normalizacija, kaljenje i kaljenje.

Žarenje primijenjena za smanjenje tvrdoće, pročišćavanje zrna, poboljšanje obradivosti, ublažavanje naprezanja. Za žarenje, čelik se zagrijava na određenu temperaturu, drži i hladi pri maloj brzini u peći s isključenim izvorom topline.

normalizacija - predstavlja zagrijavanje čelika na temperaturu iznad kritične točke, zadržavanje na toj temperaturi, hlađenje u mirnom zraku brzinom većom nego tijekom žarenja. Svrha - davanje čeliku fino zrnate strukture. Normalizacija daje vidljivije povećanje čvrstoće, ali manje duktilnosti. Prednost u odnosu na žarenje je niža cijena.

Stvrdnjavanje - Sastoji se od zagrijavanja čelika, držanja na određenoj temperaturi na određeno vrijeme i zatim ga naglog hlađenja. Cilj je povećati tvrdoću i snagu. Tijekom stvrdnjavanja u materijalu nastaju unutarnja naprezanja, duktilnost i udarna čvrstoća naglo opadaju. To može dovesti do krhkog loma dijela tijekom rada.

Za smanjenje unutarnjih naprezanja i povećanje duktilnosti i udarne čvrstoće nakon stvrdnjavanja, odmor, koji se sastoji od zagrijavanja kaljenog čelika na temperaturu koja ne prelazi donju kritičnu točku, zadržavanja na toj temperaturi i naknadnog hlađenja.

Ovisno o temperaturi, postoje tri vrste odmora: niski, srednji, visoki.

Nisko kaljenje se provodi na temperaturi od 150...250°C. Tvrdoća čelika blago se smanjuje. Struktura nastala kao rezultat niskog temperiranja naziva se mar-oslobađanje napetosti ili kaljeni martenzit. Rezanje i mjerni alat, kalupi za hladno oblikovanje, kao i dijelovi koji moraju imati visoku otpornost na habanje.

Prosječni odmor je napravljen na temperaturi od 350...450 °C. Tijekom srednjeg kaljenja cementit se ne formira u obliku ploča, već u obliku sitnih zrna, što doprinosi povećanju žilavosti čelika. Proizvodi koji moraju imati visoku elastičnost i dovoljnu granicu viskoznosti (opruge, opruge itd.) podvrgavaju se srednjem kaljenju.

Visoko kaljenje se provodi na temperaturi od 500...650°C. Kao rezultat toga, zaostala naprezanja se potpuno eliminiraju, čelik dobiva dobru duktilnost i žilavost pri dovoljno visokoj čvrstoći. Takav odmor namijenjen je kritičnim dijelovima koji tijekom rada doživljavaju udar i naizmjenična opterećenja.

Dvostruka toplinska obrada, koja uključuje stvrdnjavanje i naknadno visoko kaljenje, naziva se toplinsko poboljšanje, budući da je cijeli kompleks mehaničkih svojstava čelika poboljšan.

Kemijsko-termički tretman. Kemijsko-toplinska obrada sastoji se u kemijskom i toplinskom izlaganju radi promjene kemijskog sastava, strukture i svojstava površinskog sloja metala. U procesu kemijsko-toplinske obrade dolazi do zasićenja površine metala odgovarajućim elementom u procesu njegove difuzije u atomskom obliku iz tekućeg, krutog ili plinovitog medija na visokoj temperaturi. Glavne vrste kemijsko-toplinske obrade klasificirane su prema nazivima elemenata kojima je površinski sloj zasićen. Na primjer, zasićenje ugljikom naziva se cementacija, dušik - nitriranje, krom - kromiranje.

Široka primjena kemijsko-toplinske obrade u različitim područjima tehnologije objašnjava se činjenicom da povećanjem tvrdoće, otpornosti na habanje i otpornosti na koroziju površine povećava pouzdanost i trajnost rada dijelova i mehanizama strojeva.

Kemijsko-termički tretman sastoji se od:

disocijacija, koji se javlja na kontaktnoj površini "metal - plinovito okruženje"i dovodi do oslobađanja difuznog elementa u atomskom stanju;

apsorpcija - površinska apsorpcija slobodnih atoma;

difuzija - prodiranje elementa za zasićenje duboko u površinski sloj.

Glavni fizički proces je difuzija, čija se brzina povećava s povećanjem temperature, difuzijski element prodire na veću dubinu.

Karburizacija se sastoji u difuzijskom zasićenju površinskog sloja čelika ugljikom kada se zagrijava u odgovarajućem mediju - karburizatoru. Proces karburizacije odvija se na temperaturama (900...950°C), kada je austenit stabilan, otapajući ugljik u velike količine. Karburizacija se provodi u rasplinjačima na kruti, tekući i plin. Naugljičenje plinom je najproduktivniji proces. Glavna reakcija koja osigurava karburizaciju je disocijacija metana:

CH → 2H2 + C at.

Naugljičenje se provodi na niskougljičnim i legiranim čelicima koji sadrže od 0,1 do 0,35% ugljika. Površinski sloj čelika nakon karburizacije ima promjenjivu koncentraciju ugljika u debljini, koja se smanjuje od površine prema jezgri dijela. S tim u vezi, nakon sporog hlađenja u strukturi sloja cementne kupke, mogu se razlikovati tri zone (počevši od površine): hipereutektoid, eutektoid, hipoeutektoid. Ukupna debljina cementiranog sloja je 0,8...3,0 mm.

Nakon cementiranja, radi dobivanja potrebnih svojstava, provodi se toplinska obrada - stvrdnjavanje s niskim kaljenjem. Kao rezultat toplinske obrade, površinski sloj dobiva strukturu otpornu na habanje, a jezgra dijela s niskim udjelom ugljika pokazuje se prilično viskoznom. Najčešće se zupčanici različitih mehanizama podvrgavaju karburizaciji kako bi se povećala njihova trajnost.

Nitriranje sastoji se u difuzijskom zasićenju površinskog sloja dušikom u odgovarajućem mediju. Prije nitriranja čelici se podvrgavaju toplinskoj obradi - kaljenju i visokom kaljenju.

Nitrirani su legirani čelici koji sadrže krom, molibden, vanadij i druge elemente koji s dušikom mogu tvoriti vrlo tvrde i toplinski otporne nitride. Nitriranje se provodi na temperaturi od 500...600°C. Glavna reakcija koja se događa na površini dijela je reakcija disocijacije amonijaka.

Nakon nitriranja, čelik dobiva visoku tvrdoću, otpornost na habanje i otpornost na koroziju. Po tim svojstvima nitrirani čelici su bolji od naugljičenih. Međutim, nitrirani sloj lošije je otporan na udarna opterećenja i ima manju otpornost na dodir. Zbog dugog trajanja procesa (do 70 sati), primjena nitriranja ekonomski je isplativa za preradu kritičnih proizvoda, kao što su radilice automobila, košuljice cilindara za motore s unutarnjim izgaranjem, razne armature itd.

Kromiranje sastoji se u difuzijskom zasićenju površinskog sloja čelika kromom na temperaturi od 900 ... 1300 ° C u odgovarajućem mediju. Kromiranje osigurava povećanu otpornost čelika na toplinu do temperature od 800°C, visoku otpornost na koroziju i eroziju. Dijelovi parnih elektrana, spojevi parovoda, ventili, ventili, ogranci podvrgnuti su kromiranju. Kako bi se povećala otpornost na koroziju, transformatorski čelik je podvrgnut kromiranju. U tom slučaju čelik dodatno dobiva visoku otpornost na toplinu.

test pitanja

Što karakterizira kristalnu strukturu metala?

Koje vrste kristalnih rešetki poznajete?

Koji su glavni nedostaci u kristalnoj strukturi?

Što je alotropija metala?

Koja mehanička svojstva karakteriziraju čvrstoću i duktilnost materijala pod napetosti?

Što je dijagram stanja legure i što vam omogućuje da ustanovite?

Koje su glavne vrste toplinske obrade?

Što je karburizacija čelika?

Odjeljak 2 POLUVODIČKI MATERIJALI

Tema 2.1 Klasifikacija poluvodičkih materijala

Tvari se razlikuju po svojoj sposobnosti vođenja struja. Ovu sposobnost karakterizira vrijednost specifičnog električni otpor– ρ ili električna vodljivost – γ. Vrijednost γ at normalna temperatura je manji od 10 -10 S/m za dielektrike, a više od 10 4 S/m za vodiče.

Razmotrimo prirodu promjene specifične vodljivosti čvrstih tijela pri temperaturi koja teži apsolutnoj nuli.

U tom slučaju povećava se specifična vodljivost vodiča, a mnogi metali prelaze u supravodljivo stanje, karakterizirano beskonačnim velika vrijednost γ.

Poluvodiči se ponašaju sasvim drugačije. Smanjenjem temperature njihova specifična vodljivost opada, a pri T → 0 K poluvodiči uopće ne provode električnu struju, t.j. postati dielektrik. S druge strane, s povećanjem temperature, γ poluvodiča naglo raste.

Za pojavu slobodnih nositelja naboja u poluvodičima nije ih potrebno dovoditi Termalna energija. To se u njima može postići rasvjetom, mehaničkim opterećenjima, električnim poljem itd. Unutarnja struktura poluvodiča ima snažan utjecaj na električnu vodljivost. Osim toga, uvođenje čak i male količine atoma stranog elementa u poluvodič obično drastično mijenja njegovu električnu vodljivost. Sve se ovo otvara široke mogućnosti za kontrolu elektrofizičkih svojstava poluvodičkih materijala.

Tako, Poluvodič je tvar čije je glavno svojstvo jaka ovisnost njegove električne vodljivosti o utjecaju vanjskih čimbenika.

Svi poluvodiči mogu se podijeliti na jednostavne i složene.

Jednostavan naziva se takav poluvodič, čiji glavni sastav čine atomi jednog kemijskog elementa (silicij, germanij, selen, telurij, bor, ugljik, fosfor, sumpor, arsen, antimon, jod, sivi kositar).

Struktura kompleks poluvodiče tvore atomi raznih kemijski elementi. Ova skupina uključuje čvrste otopine (silicij i germanij) i kemijske spojeve, označene AB. U ovoj formuli superskripti (m i n) označavaju broj grupe periodični sustav, koji uključuje odgovarajući element, a niži (x i y) su broj atoma ovog elementa u spoju. Na primjer, poluvodički galijev arsenid GaAr klasificiran je kao spoj tipa A III B V, a bakrov oksid Cu 2 O je klasificiran kao spoj tipa A 2 I B VI.

Mnogi ternarni i složeniji kemijski spojevi imaju poluvodička svojstva, kao što je ZnSiAs 2 . Poluvodič je cijela linija organski spojevi: antracen, naftalen, ftalocijanin, itd.

Izvanredno svojstvo poluvodiča također je to što dopuštaju inverznu transformaciju električna energija u svjetlosnu, toplinsku ili mehaničku.

Poluvodiči se koriste za pojačavanje i generiranje električnih signala (tranzistori, diode, integrirani krugovi), kao primarni pretvarači temperature i izvori toplinske energije (termistori i grijaći elementi), kao primarni pretvarači i izvori optičkih signala (fotootpornici, LED diode, laseri), za pretvaranje mehaničke vibracije(otpornici na naprezanje i piezoelektrični senzori) itd.

Razine i zone energije

Atom se sastoji od jezgre i elektrona koji se kreću određenim orbitama.

Ukupna energija elektrona, jednaka zbroju njegove kinetičke (orbitalno kretanje) i potencijalne (privlačenja jezgri) energije, naziva se energetskim stanjem atoma. Svaka dopuštena orbita ima svoje energetsko stanje, koje je na dijagramu prikazano kao energetska razina. Budući da se orbite i njihove energije dijele na dopuštene i zabranjene, onda enermogu se dopustiti i getske razinei zabranjeno.

Energija elektrona E izraženo u elektron voltima. Elektron-volt- je energija kojaubrzanje elektrona u električno polje s različitimpotencijali u 1 V.

Interakcija atoma u rešetki dovodi do činjenice da se njihove energetske razine dijele na veliki broj gotovo spajajućih podrazina, tvoreći energetskizonama.

Energetski pojas ispunjen podrazinama je širi, što su atomi bliže i što je energetska razina viša. Vjerojatnost da će elektron "ostati" u pojasu pojasa jednaka je nuli.

Klasifikacija materijala prema elektrotehnicisvojstva (teorija bendova)

Klasifikacija električnih materijala prema njihovim električnim svojstvima temelji se na idejama pojasne teorije električne vodljivosti čvrstih tijela, čija je bit sljedeća.

U izoliranom atomu, elektroni se vrte oko jezgre u određenim orbitama. Prema Paulijevom principu, na svakom ili-Bit može imati najviše dva elektrona. Svaka orbita odgovara strogo definiranoj vrijednosti energije koju elektron može imati, t.j. svaka orbita predstavlja određenu energetsku razinu. Pod utjecajem privlačenja pozitivno nabijenog atomska jezgra elektroni teže zauzeti razine najbliže jezgri s minimalnom vrijednošću energije. Stoga su donje energetske razine ispunjene elektronima, a gornje su slobodne. Elektron može skočiti s niže energetske razine W x na drugu slobodnu razinu W 2 (Sl. 1). Da bi to učinili, elektronu se mora dati dodatna energija ∆ W = W 2 - W 1 . Ako u atomu nema slobodnih razina, elektron ne može promijeniti svoju energiju, pa stoga ne sudjeluje u stvaranju električne vodljivosti.

W - energija elektrona; W 1 - niža razina energije; W 2 - razina slobodne energije; ∆ W C - vodljivi pojas (slobodna zona); ∆ W - zabranjena zona; ∆ Wu, - valentni pojas

Slika 2.1 - Dijagram energetskih razina izoliranog atoma (1) i čvrsto tijelo (2).

U kristalnoj rešetki koja se sastoji od nekoliko atoma, pojedinačne energetske razine su podijeljene u podrazine koje tvore energetske zone (vidi sliku 2.1). U ovom slučaju, slobodna i ispunjena razina energije se dijele. Područje ispunjeno elektronima naziva se valencija. Označava se gornja razina valentnog pojasa W u . Slobodna zona naziva se zona provodljivost. Označava se donja razina vodljivog pojasa (slobodni pojas). W a . Razmak između valentnog pojasa i vodljivog pojasa naziva se zabranjeno zona ∆ W. Vrijednost zazora značajno utječe na svojstva materijala.

Ako je a ∆ W je jednak ili blizu nuli, tada elektroni mogu prijeći na slobodne razine zbog vlastite toplinske energije i povećati vodljivost tvari. Tvari s takvom strukturom energetskih pojaseva nazivaju se vodičima. Materijali vodiča koriste se za provođenje električne struje. Tipično, vodiči uključuju tvari s električnim otporom str< 10 Ом*м. Типичными проводниками явля-ются металлы.

Ako zazor u pojasu prelazi nekoliko elektron-volti, tada je potrebna značajna energija za prijenos elektrona iz valentnog pojasa u vodljivi pojas. Takve tvari nazivaju se dielektricima. Dielektrici imaju visoku električnu otpornost i imaju sposobnost spriječiti prolaz struje. Dielektrični materijali uključuju tvari s električnim otporom p > 10 7 Ohm * m. Zbog svoje velike električne otpornosti koriste se kao električni izolacijski materijali.

Ako je pojas 0,1 ... 0,3 eV, tada elektroni lako prelaze iz valentnog pojasa u pojas vodljivosti zbog vanjske energije. Tvari s kontroliranom vodljivošću su poluvodiči. Specifični električni otpor poluvodiča je p 10 9 ohm * m.

Poluvodički materijali imaju vodljivost, koja se može koristiti za kontrolu napona, temperature, osvjetljenja itd.

Ovisno o strukturi i vanjskim uvjetima, materijali mogu prelaziti iz jedne klase u drugu. Na primjer, tvrdi i tekući metali- vodiči, i metalni parovi - dielektrici; poluvodiči germanij i silicij, koji su tipični u normalnim uvjetima, postaju vodiči kada su izloženi visokim hidrostatskim tlakovima; ugljik u dijamantnoj modifikaciji je dielektrik, a u grafitnoj modifikaciji je vodič.

Glavno svojstvo materije u odnosu na električno polje je električna provodljivost, karakterizirajući sposobnost materijala da provodi električnu struju pod utjecajem konstantnog električnog polja, t.j. polje čiji se napon ne mijenja s vremenom.

Električnu vodljivost karakterizira specifična električna vodljivost i specifični električni otpor:

Vrijednosti električne vodljivosti i električnog otpora y različitih materijala značajno razlikuju. U supravodljivom stanju specifični električni otpor materijala je nula, dok za razrijeđene plinove teži beskonačnosti.

Lako je razumjeti da vodljiva svojstva kristala ovise o pojasu pojasa koji razdvaja valentnu i vodljivu vrpcu. Što je širi pojas, to je manji (pri određenoj temperaturi) broj elektrona koji prodiru u vodljivu vrpcu, to je niža vodljivost kristala.

Kristali mogu biti dobri vodičičak i ako je valentni pojas popunjenu cijelosti, ako je neposredno uz zonuvodljivosti ili se siječe s njom (kao rezultatzamućenje zona tijekom formiranja rešetke). S povećanimpovećanjem pojasnog pojasa, kristali su steklivratiti svojstva izolatora. Prosječne vrijednostipojasne praznine odgovarajupolupro-voda kristali.

Budući da valentni i vodljivi pojasi kristalnih vodiča nisu razdvojeni, elektroni se slobodno kreću s jedne dopuštene podrazine na drugu, postižući uređenu brzinu pod djelovanjem primijenjenog napona. Istodobno, s povećanjem temperature, otpor vodiča raste zbog smanjenja slobodnog puta elektrona u kristalu.

U poluvodičkim kristalima vodljivost je prvenstveno određena brojem elektrona koji su prevladali pojas i prodrli u pojas vodljivosti.

poluvodičkih materijala

Kemijska veza između atoma poluvodiča odvija se zbog interakcije valentnih elektrona, dok svaki atom prima od svog susjeda u zajednički posjed i daje mu svoje valentne elektrone, koji nedostaju prije formiranja stabilnog pojasa od osam elektrona. . Tako, u idealnom poluvodiču svi valentni elektroni ronovi sudjeluju u obrazovanju kemijska veza i besplatno nema elektrona. Ova vrsta kemijske veze naziva se cova. traka.

Na sl. 2.2 prikazuje dijagram stvaranja kemijske veze u kristalnoj rešetki silicija, čiji atom ima četiri valentna elektrona u slobodnom izoliranom stanju, a vanjski elektronička razina svaki atom je ispunjen s do osam elektrona, zbog zajedničkog vlasništva elektrona četiri najbliža susjedna atoma.

Slika 2.2 – Shema nastanka kemijske veze u kristalnoj rešetki silicija. Zbog male širine (1 eV) pojasa poluvodiča, toplinske vibracije atoma mogu prenijeti energiju valentnim elektronima dovoljnu za prijelaz iz ispunjenog valentnog pojasa u slobodni pojas vodljivosti. Svaki takav prijelaz dovodi do pojave para nosača naboja: slobodni elektron u vodljivom pojasu i stanju slobodne energije - rupe- u valentnom pojasu. Pod djelovanjem napona primijenjenog na kristal, vodljivi elektron se kreće "prema" električno polje, a elektron u valentnom pojasu zauzima slobodnu razinu, oslobađajući svoju razinu za drugi elektron. To se može smatrati kretanjem pozitivnog naboja (rupa) u smjeru električnog polja.

Generiranje parova slobodnih, tj. sposobnih za prijenoskretati se pod utjecajem primijenjenog napona,naboja čini kristal sposobnim provoditi elektricitetričnu struju, te električnu vodljivost takvog kristalapozvaovlastiti.

Poluvodič u kojem se električna vodljivost odvija zbog pobuđivanja elektrona kemijske veze naziva sevlastiti poluvodič.

Nosioci struje u takvim poluvodičima su vlastiti elektroni i rupe.

Na sl. 2.3 prikazuje dijagram kristalne rešetke vlastitog poluvodiča. Nakon pobuđenja vlastitog valentnog elektrona, n-vrsta nosioca struje - slobodni elektron i R- tip nositelj struje - rupa - nezauzeta kemijska veza.

Istovremeno s formiranjem parova nosača, dio elektrona iz vodljivog pojasa spontano prelazi natrag u valentni pojas, emitirajući kvante energije. Ovaj proces se zove rekombinacija pare. Pri konstantnoj temperaturi uspostavlja se dinamička ravnoteža koja određuje koncentraciju slobodni elektroni i rupe (pri zadanoj temperaturi).

Što je temperatura viša, veća je koncentracija slobodnih nositelja naboja, veća je intrinzična električna vodljivost kristala.

Pri temperaturi od 0K ne nastaju parovi nosača, a kristal potpuno gubi vlastitu električnu vodljivost. U tom se slučaju elektroni unutar kristala kreću nasumično velikim brzinama (reda 10 6 m/s), ali ne reagiraju na primijenjeni vanjski napon.

Slika 2.3 - Shema kristalne rešetke vlastitog poluvodiča.

Pravi kristali sadrže brojne defekte kristalne rešetke: točkaste, linearne, masivne i površinske. Na mjestima kršenja periodične strukture kristala (implantacija atoma u međuprostoru), energija vezanja elektrona s jezgrama se mijenja, zbog čega nastaju nove razine energije, koje mogu ići izvan valentnog pojasa i nalaziti se u pojas u blizini vodljivog pojasa. To olakšava prijelaz elektrona u vodljivi pojas.

Trening i metodološki kompleks

... - dati osnoveznanost o materijalima, principi odabira potrebni materijali, usaditi vještine praktične definicije fizički-mehanička... grupa kemijski veze. 6.3.1. Klasifikacija polimera i svojstva polimera Prema podrijetlu polimeri udio ...

Evgeny Petrovich Prokopyev (rus)(eng) opći popis publikacija antimaterija i pozitronika pozitronika i nanotehnologija pozitronika anihilacija pozitrona fizika složenih sustava sinergetika znanost o materijalima nanotehnologija ostali povezani problemi

Dokument

Prokopiev E.P. O površinskim stanjima na granici odjeljak poluvodič-metal. M., 1985. 5 str. - Dep. u... procesima. Treća ruska konferencija o znanost o materijalima i fizički-kemijskiosnove tehnologije za dobivanje dopiranih kristala silicija...

Svojstva legure ovise o njezinoj strukturi. Glavni način promjene strukture, a time i svojstava, je toplinska obrada.

Osnove toplinske obrade razvio je D.K. Chernov. Kasnije su razvijeni u djelima A.A. Bochvara, G.V. Kurdyumova, A.P. Gulyaeva.

toplinska obrada naziva toplinskim djelovanjem na metal kako bi se metalu dala potrebna mehanička i fizikalna svojstva kao posljedica promjene unutarnje strukture (strukture) metala.

Većina praznina (poluproizvoda) i proizvoda od čelika i obojenih legura podvrgava se toplinskoj obradi. To je toplinska obrada koja vam omogućuje promjenu strukture metala u pravom smjeru i omogućuje vam da dobijete potrebna razina tvrdoća, čvrstoća, plastičnost i druga svojstva.

Način toplinske obrade karakteriziraju sljedeće glavne parametre: brzinu i način grijanja, Maksimalna temperatura grijanje, vrijeme držanja u pećnici na temperaturi grijanja, te brzina i način hlađenja.

Toplinska obrada je jedna od najčešćih Moderna tehnologija načini dobivanja navedenih svojstava metala. Toplinska obrada se koristi ili kao međuoperacija za poboljšanje obradivosti poluproizvoda pritiskom, rezanjem itd., ili kao završna operacija. tehnološki proces, pružajući zadanu razinu fizikalnih i mehaničkih svojstava dijela.

Toplinska obrada uključuje zagrijavanje, držanje i hlađenje metala, koje se izvodi u određenom slijedu pod određenim načinima, kako bi se promijenila unutarnja struktura legure i dobila željena svojstva. Obično se može shematski prikazati kao graf u osi temperatura-vrijeme (slika 21).

Toplinska obrada dijeli se na stvarnu toplinsku, kemijsko-toplinsku i termomehaničku (ili deformacijsko-toplinsku).

Stvarna toplinska obrada sastoji se samo u toplinskom učinku na metal ili leguru, kemijsko-toplinska obrada - u kombinaciji toplinskih i kemijskih učinaka, termomehanička - u kombinaciji toplinskog učinka i plastične deformacije.

sl.21. Raspored toplinske obrade

Zapravo toplinska obrada uključuje sljedeće glavne vrste:

Žarenje 1. vrste

Žarenje 2. vrste

Stvrdnjavanje s polimorfnom transformacijom

Stvrdnjavanje bez polimorfne transformacije

Starenje

Ove vrste toplinske obrade vrijede i za čelike i za obojene metale.

Žarenje

Žarenje- toplinska obrada, koja se sastoji u zagrijavanju metala na određenu temperaturu, držanju i hlađenju s isključenom peći (tj. s minimalnim moguća brzina, oko 50-100 stupnjeva/sat).

Žarenje 1. vrste - koristi se za sve metale i legure. Njegova provedba nije posljedica faznih transformacija u čvrstom stanju. Zagrijavanje tijekom žarenja prve vrste, povećavajući pokretljivost atoma, djelomično ili potpuno eliminira kemijsku nehomogenost, smanjuje unutarnja naprezanja. Temperatura zagrijavanja i vrijeme zadržavanja su od primarne važnosti. Karakterizira ga sporo hlađenje

Vrste žarenja prve vrste su:

homogenizacija (difuzija)

· rekristalizacija;

· žarenje za ublažavanje unutarnjeg naprezanja nakon kovanja, zavarivanja, lijevanja.

Homogenizacijsko (difuzijsko) žarenje je toplinska obrada u kojoj je glavni proces otklanjanje posljedica dendritske segregacije (kemijske heterogenosti) u odljevcima i ingotima. To je dugo izlaganje na visokim temperaturama, pri čemu se odvijaju procesi difuzije, koji nisu imali vremena dovršiti tijekom kristalizacije. Približna temperatura za čelike je -1100-1300 °C tijekom 20-50 sati, za aluminijske legure 420-450 °C.

Rekristalizacijsko žarenje je toplinska obrada deformiranog metala, u kojoj je glavni proces prekristalizacija metala. Ova vrsta žarenja eliminira odstupanja u strukturi od ravnotežnog stanja do kojih dolazi tijekom plastične deformacije. Tijekom obrade pod pritiskom, posebno hladnom, metal se zakiva, povećava mu se čvrstoća, a plastičnost se smanjuje zbog povećanja gustoće dislokacija u kristalitima. Kada se hladno obrađeni metal zagrije iznad određene temperature, razvija se primarna, a zatim i kolektivna rekristalizacija, pri kojoj se gustoća dislokacije naglo smanjuje. Kao rezultat, metal omekšava i postaje duktilniji. Takvo žarenje se koristi za poboljšanje obradivosti pod pritiskom i za davanje metala potrebne kombinacije tvrdoće, čvrstoće i duktilnosti. U pravilu se tijekom rekristalizacijskog žarenja nastoji dobiti materijal bez teksture u kojem nema anizotropije svojstava. U proizvodnji transformatorskih čeličnih limova koristi se rekristalizacijsko žarenje kako bi se dobila željena tekstura metala koja nastaje rekristalizacijom.

Žarenje za ublažavanje naprezanja je toplinska obrada u kojoj je glavni proces potpuno ili djelomično opuštanje zaostalih naprezanja tijekom zagrijavanja i hlađenja. Žarenje za smanjenje naprezanja primjenjuje se na proizvode kod kojih su tijekom tlačne obrade, lijevanja, zavarivanja, toplinske obrade i drugih tehnoloških procesa nastala neprihvatljivo velika zaostala naprezanja koja su međusobno uravnotežena unutar tijela bez sudjelovanja vanjskih opterećenja. Zaostala naprezanja mogu uzrokovati izobličenje oblika i dimenzija proizvoda tijekom njegove obrade, rada ili skladištenja u skladištu. Kada se proizvod zagrijava, granica popuštanja se smanjuje i, kada postane manja od zaostalih naprezanja, brzo se ispuštaju plastičnim strujanjem u različitim slojevima metala.

Žarenje druge vrste je žarenje metala i legura koji prolaze fazne transformacije u čvrstom stanju. Ova vrsta žarenja provodi se za legure u kojima postoje polimorfne ili eutektoidne transformacije, kao i varijabilna topljivost komponenti u čvrstom stanju.

Slika 22. Promjena strukture tijekom žarenja druge vrste

Žarenje druge vrste provodi se kako bi se dobila ravnotežna struktura i pripremila za daljnju obradu. Kao rezultat žarenja dolazi do drobljenja zrna, povećanja duktilnosti i žilavosti, smanjenja čvrstoće i tvrdoće, a poboljšava se obradivost. Karakterizira ga zagrijavanje na temperature iznad kritične i vrlo sporo hlađenje, u pravilu, zajedno s peći ili na zraku. U potonjem slučaju, proces se naziva normalizacija. Žarenje 2. vrste najčešće se koristi za opće pročišćavanje strukture, omekšavanje i poboljšanje obradivosti.

I koliko
trebam li napisati tvoj rad?

Vrsta rada Diplomski rad (prvostupnik/specijalist) Nastavni rad s praksom Teorija kolegija Esej Test Zadaci Esej Atestacijski rad (VAR/VKR) Poslovni plan Pitanja za ispit MBA diploma Diplomski rad (fakultet/tehnička škola) Ostali slučajevi Laboratorijski rad, RGR Magistarska diploma On-line Pomoć Izvješće o praksi Pronalaženje informacija PowerPoint prezentacija Sažetak za poslijediplomsku diplomu Popratni materijali Članak Test Dio teza Rok za nacrte 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Travanj Srpanj Rujan Listopad Veljača Ožujak cijena

Zajedno s troškovnikom dobivate besplatno
BONUS: poseban pristup na plaćenu osnovu radova!

i dobiti bonus

Hvala, poslana vam je e-poruka. Provjerite svoju poštu.

Ako ne primite pismo u roku od 5 minuta, možda postoji greška u adresi.

Toplinska obrada metala i legura

Tečajni rad

na temu: "Toplinska obrada metala i legura"

Uvod

Toplinska obrada koristi se u različitim fazama proizvodnje dijelova strojeva i metalnih proizvoda. U nekim slučajevima to može biti međuoperacija koja služi za poboljšanje obradivosti legura pritiskom, rezanjem, u drugima, to je završna operacija koja osigurava nužni skup pokazatelja mehaničkih, fizičkih i operativnih svojstava proizvoda ili poluproizvoda. Gotovi proizvodi. Poluproizvodi se podvrgavaju toplinskoj obradi kako bi se poboljšala struktura, smanjila tvrdoća (poboljšala obradivost), a dijelovi - da bi im se dala određena potrebna svojstva (tvrdoća, otpornost na habanje, čvrstoća i drugo).

Kao rezultat toplinske obrade, svojstva legura mogu se mijenjati u širokom rasponu. Mogućnost značajnog povećanja mehaničkih svojstava nakon toplinske obrade u usporedbi s početnim stanjem omogućuje povećanje dopuštenih naprezanja, smanjenje veličine i težine strojeva i mehanizama te povećanje pouzdanosti i vijeka trajanja proizvoda. Poboljšanje svojstava kao rezultat toplinske obrade omogućuje korištenje legura jednostavnijih sastava, a time i jeftinijih. Legure također dobivaju neka nova svojstva, u vezi s kojima se širi opseg njihove primjene.

Namjena i vrste toplinske obrade

Toplinska (toplinska) obrada je proces čija je bit zagrijavanje i hlađenje proizvoda u određenim režimima, što rezultira promjenom strukture, faznog sastava, mehaničkih i fizikalnih svojstava materijala, bez promjene kemijskog sastava.

Svrha toplinske obrade metala je dobiti potrebnu tvrdoću, poboljšati karakteristike čvrstoće metala i legura. Toplinska obrada dijeli se na toplinsku, termomehaničku i kemijsko-toplinsku. Toplinska obrada - samo toplinsko djelovanje, termomehanička - kombinacija toplinskog djelovanja i plastične deformacije, kemijsko-toplinska - kombinacija toplinskih i kemijskih učinaka. Toplinska obrada, ovisno o strukturnom stanju dobivenom njegovom primjenom, dijeli se na žarenje (prva i druga vrsta), kaljenje i kaljenje.

Žarenje

Žarenje je toplinska obrada koja se sastoji u zagrijavanju metala na određene temperature, držanju i potom vrlo sporom hlađenju zajedno s peći. Koriste se za poboljšanje obrade metala rezanjem, za smanjenje tvrdoće, za dobivanje zrnate strukture, kao i za ublažavanje naprezanja, djelomično (ili potpuno) eliminiraju sve vrste nehomogenosti koje su unesene u metal tijekom prethodnih operacija (strojne obrade). , tlačna obrada, lijevanje, zavarivanje), poboljšava čeličnu konstrukciju.

Žarenje prve vrste. To je žarenje tijekom kojeg se ne događaju fazne transformacije, a ako dođu, ne utječu na konačne rezultate predviđene njegovom namjenom. Postoje sljedeće vrste žarenja prve vrste: homogenizacija i rekristalizacija.

Homogenizacija je žarenje s dugom ekspozicijom na temperaturi iznad 950ºC (obično 1100-1200ºC) kako bi se izjednačio kemijski sastav.

Rekristalizacija je žarenje radno kaljenog čelika na temperaturi većoj od temperature početka rekristalizacije, kako bi se uklonilo stvrdnjavanje i dobila određena veličina zrna.

Žarenje druge vrste. To je žarenje, u kojem fazne transformacije određuju njegovu namjenu. Razlikuju se sljedeće vrste: potpuna, nepotpuna, difuzijska, izotermna, lagana, normalizirana (normalizacija), sferoidizirajuća (za granulirani perlit).

Potpuno žarenje se provodi zagrijavanjem čelika 30-50°C iznad kritične točke, zadržavanjem na toj temperaturi i polaganim hlađenjem na 400-500°C brzinom od 200°C na sat za ugljične čelike, 100°C na sat za niskolegirane čelike i 50°C na sat za visokolegirane čelike. Čelična konstrukcija nakon žarenja je uravnotežena i stabilna.

Nepotpuno žarenje se provodi zagrijavanjem čelika na jednu od temperatura u području transformacije, zadržavanjem i polaganim hlađenjem. Nepotpuno žarenje se koristi za smanjenje unutarnjih naprezanja, smanjenje tvrdoće i poboljšanje obradivosti.

Difuzijsko žarenje. Metal se zagrijava na temperature od 1100-1200ºC, budući da se u tom slučaju potpunije odvijaju difuzijski procesi potrebni za izjednačavanje kemijskog sastava.

Izotermno žarenje je kako slijedi: čelik se zagrijava i zatim brzo hladi (često prijenosom u drugu peć) na temperaturu koja je 50-100 °C ispod kritične. Uglavnom se koristi za legirane čelike. Ekonomičan, budući da traje konvencionalno žarenje (13 - 15) h, i izotermno žarenje (4 - 6) h

Sferoidizirajuće žarenje (za granulirani perlit) sastoji se od zagrijavanja čelika iznad kritične temperature za 20–30 °C, zadržavanja na toj temperaturi i sporog hlađenja.

Svijetlo žarenje provodi se prema načinima potpunog ili nepotpunog žarenja u zaštitnim atmosferama ili u pećima s djelomičnim vakuumom. Koristi se za zaštitu metalne površine od oksidacije i dekarbonizacije.

Normalizacija - sastoji se u zagrijavanju metala na temperaturu od (30-50) ºS iznad kritične točke i naknadnom hlađenju na zraku. Svrha normalizacije je različita ovisno o sastavu čelika. Umjesto žarenja, niskougljični čelici se normaliziraju. Za srednje ugljične čelike koristi se normalizacija umjesto gašenja i visokog kaljenja. Visokougljični čelici se podvrgavaju normalizaciji kako bi se eliminirala cementitna mreža. Za korekciju strukture legiranih čelika umjesto žarenja koristi se normalizacija nakon čega slijedi visoko kaljenje. Normalizacija je ekonomičnija operacija od žarenja, jer ne zahtijeva hlađenje zajedno s peći.

stvrdnjavanje

Stvrdnjavanje je zagrijavanje na optimalnu temperaturu, držanje i naknadno brzo hlađenje kako bi se dobila neravnotežna struktura.

Kao rezultat stvrdnjavanja povećava se čvrstoća i tvrdoća, a duktilnost čelika smanjuje. Glavni parametri tijekom stvrdnjavanja su temperatura zagrijavanja i brzina hlađenja. Kritična brzina gašenja je brzina hlađenja koja osigurava stvaranje strukture - martenzita ili martenzita i zaostalog austenita.

Ovisno o obliku dijela, vrsti čelika i potrebnom skupu svojstava, koriste se različite metode kaljenja.

Stvrdnjavanje u jednom hladnjaku. Dio se zagrijava na temperaturu stvrdnjavanja i hladi u jednoj rashladnoj tekućini (voda, ulje).

Stvrdnjavanje u dvije sredine (intermitentno otvrdnjavanje) je kaljenje pri kojem se dio hladi uzastopno u dvije sredine: prvi medij je rashladno sredstvo (voda), drugi zrak ili ulje.

Korak stvrdnjavanja. Dio zagrijan na temperaturu stvrdnjavanja hladi se u rastaljenim solima, nakon što se drži vrijeme potrebno za izjednačavanje temperature na cijelom presjeku, dio se hladi na zraku, što pomaže u smanjenju naprezanja stvrdnjavanja.

Izotermno stvrdnjavanje, kao i postupno stvrdnjavanje, provodi se u dva rashladna medija. Temperatura vrućeg medija (solne, nitratne ili alkalne kupke) je različita: ovisi o kemijskom sastavu čelika, ali je uvijek za 20-100 °C viša od točke martenzitne transformacije za određeni čelik. Završno hlađenje na sobnu temperaturu provodi se na zraku. Izotermno kaljenje se široko koristi za dijelove izrađene od visokolegiranih čelika. Nakon izotermnog stvrdnjavanja, čelik dobiva svojstva visoke čvrstoće, odnosno kombinaciju visoke žilavosti s čvrstoćom.

Stvrdnjavanje samokaljenjem ima široku primjenu u izradi alata. Proces se sastoji u tome da se dijelovi drže u rashladnom mediju ne dok se potpuno ne ohlade, već se u određenom trenutku iz njega uklone kako bi se uštedjela određena količina topline u jezgri dijela, zbog čega se vrši se naknadno kaljenje.

Odmor

Kaljenje čelika je završna operacija toplinske obrade koja formira strukturu i, posljedično, svojstva čelika. Kaljenje se sastoji u zagrijavanju čelika na različite temperature (ovisno o vrsti kaljenja, ali uvijek ispod kritične točke), održavanju na toj temperaturi i hlađenju različitim brzinama. Svrha kaljenja je ublažavanje unutarnjih naprezanja koja nastaju tijekom procesa stvrdnjavanja i dobivanje potrebne strukture.

Ovisno o temperaturi zagrijavanja kaljenog dijela, postoje tri vrste kaljenja: visoko, srednje i nisko.

Visoko kaljenje se provodi pri temperaturama zagrijavanja iznad 350–600 °C, ali ispod kritične točke; takvo se kaljenje koristi za konstrukcijske čelike.

Prosječno kaljenje se provodi pri temperaturama grijanja od 350 - 500 °C; takvo se kaljenje naširoko koristi za opružne i opružne čelike.

Nisko kaljenje se provodi na temperaturama od 150–250 °C. Tvrdoća dijela nakon stvrdnjavanja gotovo se ne mijenja; Nisko kaljenje se koristi za ugljične i legirane alatne čelike gdje se zahtijevaju visoka tvrdoća i otpornost na habanje.

Kontrola temperiranja se provodi bojama za kaljenje koje se pojavljuju na površini dijela.

Starenje

Starenje je proces promjene svojstava legura bez zamjetne promjene u mikrostrukturi. Postoje dvije vrste starenja: toplinsko i deformacijsko.

Toplinsko starenje nastaje kao posljedica promjena u topljivosti ugljika u željezu ovisno o temperaturi.

Ako se promjena tvrdoće, duktilnosti i čvrstoće dogodi na sobnoj temperaturi, tada se takvo starenje naziva prirodnim.

Ako se proces odvija na povišenoj temperaturi, starenje se naziva umjetnim.

Deformacijsko (mehaničko) starenje nastavlja se nakon hladne plastične deformacije.

Hladno liječenje

Nova vrsta toplinske obrade za povećanje tvrdoće čelika pretvaranjem zadržanog austenita kaljenog čelika u martenzit. To se postiže hlađenjem čelika na temperaturu donje martenzitne točke.

Metode površinskog stvrdnjavanja

Površinsko kaljenje je proces toplinske obrade, a to je zagrijavanje površinskog sloja čelika na temperaturu iznad kritične temperature i naknadno hlađenje kako bi se dobila martenzitna struktura u površinskom sloju.

Postoje sljedeće vrste: indukcijsko kaljenje; gašenje u elektrolitu, gašenje zagrijavanjem visokofrekventnim strujama (HFC), gašenje plamenim zagrijavanjem.

Indukcijsko stvrdnjavanje temelji se na fizičkom fenomenu čija je bit da električna struja visoke frekvencije, prolazeći kroz vodič, stvara oko njega elektromagnetsko polje. Vrtložne struje induciraju se na površini dijela postavljenog u ovo polje, uzrokujući zagrijavanje metala do visokih temperatura. To omogućuje pojavu faznih transformacija.

Ovisno o načinu grijanja, indukcijsko stvrdnjavanje se dijeli na tri vrste:

istovremeno zagrijavanje i stvrdnjavanje cijele površine (koristi se za male dijelove);

sekvencijalno zagrijavanje i stvrdnjavanje pojedinih dijelova (koristi se za radilice i slične dijelove);

kontinuirano-sekventno zagrijavanje i stvrdnjavanje kretanjem (koristi se za duge dijelove).

Stvrdnjavanje plinskim plamenom. Proces stvrdnjavanja plamenom sastoji se od brzog zagrijavanja površine dijela oksi-acetilenskim, oksi-gorivim ili kisik-kerozenskim plamenom do temperature stvrdnjavanja, nakon čega slijedi hlađenje vodom ili emulzijom.

Stvrdnjavanje u elektrolitu. Proces stvrdnjavanja u elektrolitu je sljedeći: dio koji se stvrdnjava spušta u kadu s elektrolitom (5-10% otopina kalcinirane soli) i kroz nju se propušta struja od 220-250 V. Kao rezultat toga, dio se zagrijava na visoke temperature. Dio se hladi ili u istom elektrolitu (nakon isključivanja struje) ili u posebnom spremniku za otvrdnjavanje.

Termomehanička obrada

Termomehanička obrada (T.M.O.) je nova metoda učvršćivanja metala i legura uz održavanje dovoljne plastičnosti, kombinirajući plastičnu deformaciju i toplinsku obradu otvrdnjavanja (kaljenje i kaljenje). Postoje tri glavne metode termomehaničke obrade.

Niskotemperaturna termomehanička obrada (L.T.M.O.) temelji se na postupnom kaljenju, odnosno plastično deformiranje čelika vrši se na temperaturama relativne stabilnosti austenita, nakon čega slijedi kaljenje i kaljenje.

Visokotemperaturna termomehanička obrada (H.T.M.O.) u ovom slučaju se plastična deformacija provodi na temperaturama stabilnosti austenita, nakon čega slijedi gašenje i kaljenje.

Preliminarna termomehanička obrada (P.T.M.O) deformacija u ovom slučaju može se izvesti na temperaturama N.T.M.O i V.T.M.O ili na temperaturi od 20ºC. Nadalje, provodi se uobičajena toplinska obrada: kaljenje i kaljenje.

Namjena i vrste kemijsko-toplinske obrade

Kemijsko-toplinska obrada je proces koji predstavlja kombinaciju toplinskog i kemijskog djelovanja u cilju promjene sastava, strukture i svojstava površinskog sloja čelika.

Svrha kemijsko-toplinske obrade je povećati površinsku tvrdoću, otpornost na habanje, granicu izdržljivosti, otpornost na koroziju, toplinsku otpornost (otpornost na kamenac), otpornost na kiseline.

U industriji su najveću primjenu dobile sljedeće vrste kemijsko-toplinske obrade: naugljičenje; nitrocarburizacija; nitriranje; cijanizacija; difuzijska metalizacija.

Cementiranje je proces površinske karbonizacije proizveden u svrhu površinskog očvršćavanja dijelova.

Ovisno o korištenom karburizatoru, naugljičenje se dijeli na tri vrste: naugljičenje s čvrstim karburizatorom; naugljičenje plina (metan, propan, prirodni plin).

Ugljičenje plinom. Dijelovi se zagrijavaju na 900-950ºC u posebnim hermetički zatvorenim pećima, u koje se u kontinuiranom toku dovodi cementirajući plin koji sadrži ugljik (prirodni (prirodni) ili umjetni).

Proces karburizacije u čvrstom karburatoru je sljedeći. Dijelovi pakirani u kutiju zajedno s karburatorom (mješavina drvenog ugljena s aktivatorom) zagrijavaju se na određenu temperaturu i drže na toj temperaturi dugo vremena, zatim se hlade i podvrgavaju toplinskoj obradi.

Dijelovi izrađeni od ugljičnog i legiranog čelika s udjelom ugljika ne većim od 0,2% naugljičeni su bilo kojom od gore navedenih metoda. Naugljičenje legiranih čelika koji sadrže elemente koji tvore karbide Cr, W, V daje osobito dobre rezultate: osim povećanja površinske tvrdoće i otpornosti na habanje, povećavaju i granicu zamora.

Nitriranje- to je proces zasićenja površinskog sloja različitih metala i legura, čeličnih proizvoda ili dijelova dušikom pri zagrijavanju u odgovarajućem okruženju. Povećava tvrdoću površine proizvoda, izdržljivost, otpornost na habanje, povećava otpornost na koroziju.

Cijanidacija– .zasićenje površinskog sloja proizvoda istovremeno ugljikom i dušikom.

Ovisno o korištenom mediju, razlikuje se cijanizacija: u čvrstim medijima; u tekućim medijima; u plinskim okruženjima.

Ovisno o temperaturi zagrijavanja, cijanidacija se dijeli na niskotemperaturnu i visokotemperaturnu cijanidaciju.

Cijanidacija u tekućim medijima provodi se u kupelji otopljene soli.

Cijaniranje u plinovitom mediju (nitrokarburizacija). Proces istovremenog zasićenja površine dijela ugljikom i dušikom. Da bi se to postiglo, dijelovi se zagrijavaju u okruženju koje se sastoji od plina za naugljičenje i amonijaka, odnosno nitrocarburizacija kombinira procese naugljičenja i nitriranja plina.

Difuzijsko zasićenje metalima i metaloidima

U industriji postoje i koriste se metode za zasićenje površine dijelova raznim metalima (aluminij, krom i dr.) i metaloidima (silicij, bor itd.) Svrha takvog zasićenja je povećanje otpornosti na kamenac, otpornost na koroziju, otpornost na kiseline, tvrdoću i otpornost na habanje dijelova. Kao rezultat toga, površinski sloj stječe posebna svojstva, što omogućuje uštedu legirajućih elemenata.

Aluminiziranje– proces zasićenja površinskog sloja čelika aluminijem radi povećanja toplinske otpornosti (otpornosti na kamenac) i otpornosti na atmosfersku koroziju.

Aluminiziranje se provodi u praškastim smjesama, u kupkama s rastaljenim aluminijem, u plinovitom mediju i raspršivanjem tekućeg aluminija.

Kromiranje- proces zasićenja površinskog sloja čelika kromom za povećanje otpornosti na koroziju i toplinsku otpornost, au slučaju kromiranja visokougljičnih čelika - za povećanje tvrdoće i otpornosti na habanje.

Silikoniziranje– proces zasićenja površinskog sloja dijela silicijem radi povećanja otpornosti na koroziju i otpornosti na kiseline. Silicifikacija se primjenjuje na dijelove izrađene od čelika s niskim i srednjim ugljikom, kao i od kovanog i lijevanog željeza visoke čvrstoće.

Dosadno- proces zasićenja površinskog sloja dijela borom. Svrha bordiranja je povećanje tvrdoće, otpornosti na abrazivno trošenje i koroziju u agresivnim sredinama, otpornost na toplinu i toplinsku otpornost čeličnih dijelova. Postoje dvije metode borenja: tekuća elektroliza i borenje plinom.

Sulfidacija– proces zasićenja površinskog sloja čeličnih dijelova sumporom kako bi se poboljšala svojstva ekstremnog pritiska i povećala otpornost dijelova na habanje.

Sulfocijaniranje– proces zasićenja površine čeličnih dijelova sumporom, ugljikom i dušikom. Kombinirani učinak sumpora i dušika u površinskom sloju metala osigurava veća svojstva ekstremnog pritiska i otpornost na habanje u usporedbi sa zasićenjem samim sumporom.

Toplinska obrada lijevanog željeza

Toplinska obrada lijevanog željeza provodi se kako bi se ublažila unutarnja naprezanja koja nastaju tijekom lijevanja i uzrokuju promjene veličine i oblika odljevka tijekom vremena, smanjila tvrdoću i poboljšala obradivost, te poboljšala mehanička svojstva. Lijevano željezo se podvrgava žarenju, normalizaciji, kaljenju i kaljenju, kao i nekim vrstama kemijsko-toplinske obrade (nitriranje, aluminiziranje, kromiranje).

Žarenje za ublažavanje stresa. Lijevana željeza se podvrgavaju ovom žarenju na sljedećim temperaturama: sivi lijev s lamelarnim grafitom 500 - 570ºS; nodularno željezo s nodularnim grafitom 550 - 650ºS; niskolegirano lijevano željezo 570 - 600ºS; visokolegirano lijevano željezo 620 - 650ºS. Tijekom ovog žarenja ne dolazi do faznih transformacija, ali se uklanjaju unutarnja naprezanja, povećava se viskoznost, isključuje se savijanje i pucanje tijekom rada.

Omekšavajući žarenje (niskotemperaturno grafitizirajuće žarenje). Izvodi se radi poboljšanja obradivosti i povećanja duktilnosti. Provodi se produljenim izlaganjem na 680 - 700ºC ili polaganim hlađenjem odljevaka na 760 - 700ºC. Za detalje složene konfiguracije hlađenje je sporo, a za dijelove jednostavnog oblika ubrzano.

Grafitiranje žarenjem, uslijed čega se od bijelog lijevanog željeza dobiva kovno željezo.

Normalizacija koristi se za povećanje vezanog ugljika, povećanje tvrdoće, čvrstoće i otpornosti na habanje sivih, duktilnih i visokočvrstih lijevanih željeza. Tijekom normalizacije, lijevano željezo (odljevci) se zagrijava iznad temperatura transformacijskog područja od 850 - 950ºS i nakon izlaganja se hladi na zraku.

stvrdnjavanje podvrgnuti sivom, kovnom i nodularnom željezu za povećanje tvrdoće, čvrstoće i otpornosti na habanje. Prema načinu izvedbe, stvrdnjavanje lijevanog željeza može biti volumetrijsko kontinuirano, izotermno i površinsko.

Tijekom volumetrijskog kontinuiranog stvrdnjavanja, lijevano željezo se zagrijava na temperaturu od 850 - 950ºS. Zatim stajati za zagrijavanje i potpuno otapanje ugljika. Hlađenje se vrši u vodi ili ulju. Nakon gašenja, kaljenje se provodi na temperaturi od 200 - 600ºS. Kao rezultat, povećava se tvrdoća, čvrstoća i otpornost na habanje lijevanog željeza.

Tijekom izotermnog kaljenja lijevana željeza se zagrijavaju na isti način kao i pri volumetrijskom kontinuiranom kaljenju, drže 10 do 90 minuta i hlade u rastaljenoj soli na 200-400ºC, a nakon držanja se hlade na zraku.

Površinsko stvrdnjavanje zagrijavanjem površinskog sloja kisik-acetilenskim plamenom, visokofrekventnim strujama ili u elektrolitu. Temperatura grijanja 900 - 1000ºS. Hlađenje u vodi, ulju ili uljnoj emulziji.

Starenje koristi se za stabilizaciju dimenzija dijelova od lijevanog željeza, sprječavanje savijanja i ublažavanje unutarnjih naprezanja. Obično se starenje provodi nakon grube obrade. Postoje dvije vrste starenja: prirodno i umjetno.

Prirodno starenje provodi se na otvorenom ili u zatvorenom prostoru. Proizvodi nakon lijevanja odležavaju 6 - 15 mjeseci.

Umjetno starenje provodi se na povišenim temperaturama; trajanje - nekoliko sati. S umjetnim starenjem, odljevci od lijevanog željeza utovaruju se u peć zagrijanu na 100 - 200 °C, zagrijavaju na temperaturu od 550 - 570 °C brzinom od 30 - 60 °C na sat, drže 3 - 5 sati i hlade zajedno s peći brzinom od 20 - 40ºC na sat do temperature od 150-200ºC, a zatim ohladiti na zraku.

Kemijsko-termijska obrada lijevanog željeza

Kako bi se povećala površinska tvrdoća i otpornost na habanje, sivi lijevi se podvrgavaju nitriranju. Češće se nitriraju sivi perlitni lijevi legirani kromom, molibdenom i aluminijem. Temperatura nitriranja 550 - 580ºS, vrijeme ekspozicije 30 - 70 sati. Osim nitriranja, povećanje površinske tvrdoće i otpornosti na habanje legiranog sivog perlitnog lijeva može se postići plinskom i tekućom cijanidacijom na temperaturi od 570ºC. Za povećanje otpornosti na toplinu, odljevci od lijevanog željeza mogu se podvrgnuti aluminiziranju, a za postizanje visoke otpornosti na koroziju u kiselinama, silikonizirati.

Toplinska obrada legura obojenih metala

Aluminijske legure

Aluminijske legure su podvrgnute tri vrste toplinske obrade: žarenje, stvrdnjavanje i starenje. Glavne vrste žarenje su: difuzijske, rekristalizacijske i termički kaljene legure.

Homogenizacija se koristi za izjednačavanje kemijske mikroheterogenosti zrna čvrste otopine. Za homogenizaciju aluminijske legure se zagrijavaju na 450 - 520ºS i drže na tim temperaturama od 4 do 40 sati; nakon izlaganja - hlađenje zajedno s peći ili u zrak. Kao rezultat, struktura postaje homogenija i povećava se plastičnost.

Rekristalizacijsko žarenje za aluminij i legure na njegovoj osnovi koristi se mnogo šire nego za čelik. To se objašnjava činjenicom da metali kao što su aluminij i bakar, kao i mnoge legure na njihovoj osnovi, ne očvršćuju se stvrdnjavanjem te se povećanje mehaničkih svojstava može postići samo hladnom obradom, a međuoperacija u takvoj preradi je rekristalizacijsko žarenje. Temperatura rekristalizacijskog žarenja aluminijskih legura 300 - 500ºC izlaganje 0,5 - 2 sata.

Za potpuno uklanjanje stvrdnjavanja koristi se žarenje termički očvršćenih legura, provodi se na temperaturama od 350 - 450 ° C s vremenom držanja od 1 - 2 sata i naknadnim prilično polaganim hlađenjem.

Nakon stvrdnjavanječvrstoća legure se neznatno povećava, ali duktilnost se ne mijenja. Nakon kaljenja, aluminijske legure se podvrgavaju starenje, pri čemu dolazi do raspada prezasićene krute otopine.

Kovane aluminijske legure

U očvrslom stanju, duraluminij je duktilni i lako se deformira. Nakon stvrdnjavanja i prirodnog ili umjetnog starenja, čvrstoća duralumina se dramatično povećava.

Lijevane aluminijske legure

Za lijevane aluminijske legure koriste se različite vrste toplinske obrade ovisno o kemijskom sastavu. Za stvrdnjavanje, lijevane aluminijske legure se podvrgavaju kaljenju kako bi se dobila prezasićena kruta otopina i umjetnom starenju, kao i samo gašenju bez starenja kako bi se dobila stabilna čvrsta otopina u kaljenom stanju.

legure magnezija

Magnezijeve legure, poput aluminija, podvrgnute su žarenju, stvrdnjavanju i starenju. Kako bi se difuzijom izjednačila kemijska mikroheterogenost zrna krute otopine, ingoti od legure magnezija se podvrgavaju homogenizaciji na temperaturama od 350-400°C uz izlaganje od 18-24 sata. Poluproizvodi od kovanih magnezijskih legura podvrgavaju se rekristalizacijskom žarenju na temperaturi od ≈ 350ºC, a također i na nižim temperaturama od 150 - 250ºC žarenju radi ublažavanja zaostalih naprezanja.

Magnezijeve legure su kaljene, odnosno kaljene i umjetno stare. Pri temperaturi od 20 ° C ne dolazi do promjena u otvrdnutim magnezijevim legurama, odnosno nisu podložne prirodnom starenju.

Bakar i legure bakra

Toplinska obrada bakra. Deformacija bakra je popraćena povećanjem njegove čvrstoće i smanjenjem duktilnosti. Kako bi se povećala plastičnost, bakar se podvrgava rekristalizacijskom žarenju na 500 - 600ºC, zbog čega se plastičnost naglo povećava, a čvrstoća smanjuje.

Toplinska obrada mesinga. Oni se podvrgavaju samo rekristalizacijskom žarenju na 600 - 700ºC (da bi se uklonilo stvrdnjavanje). Mesing se hladi tijekom žarenja na zraku ili radi ubrzanja hlađenja i boljeg odvajanja kamenca u vodi. Za mjedene dijelove koji nakon deformacije imaju zaostala naprezanja, u vlažnoj atmosferi, karakterističan je fenomen spontanog pucanja. Kako bi se to izbjeglo, mjedeni dijelovi se podvrgavaju niskotemperaturnom žarenju na 200 - 300 C, uslijed čega se uklanjaju zaostala naprezanja, a ostaje stvrdnjavanje. Niskotemperaturno žarenje posebno je potrebno za aluminijske mjedi, koji su skloni spontanom pucanju.

Toplinska obrada bronce. Za izjednačavanje kemijskog sastava bronca se podvrgava homogenizaciji na 700 - 750ºC, nakon čega slijedi brzo hlađenje. Kako bi se smanjila unutarnja naprezanja, odljevci se žare na 550°C. Kako bi se povratila plastičnost između postupaka hladne obrade tlakom, oni se podvrgavaju rekristalizacijskom žarenju na 600 - 700ºS.

Aluminijske bronce s udjelom aluminija od 8 do 11%, koje tijekom zagrijavanja i hlađenja doživljavaju faznu rekristalizaciju, mogu se očvrsnuti. Kao rezultat stvrdnjavanja povećavaju se čvrstoća i tvrdoća, ali se duktilnost smanjuje. Nakon stvrdnjavanja slijedi kaljenje na 400 - 650ºC, ovisno o traženim svojstvima. Također su podvrgnuti homogenizaciji i deformabilni poluproizvodi - rekristalizacijskom žarenju na 650 - 800ºC.

Berilijeva bronca se stvrdne u vodi od temperature od 760 - 780ºS; u ovom slučaju suvišna faza nema vremena za taloženje, a nakon gašenja, legura se sastoji od prezasićene krute otopine i ima nisku tvrdoću i čvrstoću te visoku duktilnost. Nakon gašenja, kaljenje (starenje) se provodi na 300 - 350ºS tijekom 2 sata. Kako bi se povećala stabilnost prezasićene krute otopine i olakšalo stvrdnjavanje, berilijeve bronce dodatno se legiraju niklom.

legure titana

Titanove legure podvrgavaju se rekristalizacijskom žarenju i žarenju s faznom rekristalizacijom, kao i stvrdnjavanju toplinskom obradom – gašenjem i starenjem. Kako bi se poboljšala otpornost na habanje i habanje, titanove legure se podvrgavaju nitriranju, karburizaciji ili oksidaciji.

Rekristalizacijsko žarenje se koristi za titan i legure za uklanjanje stvrdnjavanja nakon hladnog rada. Temperatura rekristalizacijskog žarenja je 520 - 850ºC, ovisno o kemijskom sastavu legure i vrsti poluproizvoda.

Žarenje s faznom rekristalizacijom koristi se za smanjenje tvrdoće, povećanje duktilnosti, pročišćavanje zrna i uklanjanje strukturne heterogenosti. Primijeniti jednostavno, izotermno i dvostruko žarenje; temperatura zagrijavanja tijekom žarenja 750 - 950ºS ovisno o leguri.

Tijekom izotermnog žarenja, nakon držanja na temperaturi žarenja, dijelovi se hlade na 500 - 650ºS (ovisno o leguri) u istoj peći ili se prenose u drugu peć i drže određeno vrijeme, a hlade na zraku. Kod izotermnog žarenja vrijeme žarenja se skraćuje, a duktilnost je veća.

Kod dvostrukog žarenja, dijelovi se zagrijavaju na temperaturu žarenja, drže i hlade na zraku. Zatim ga ponovno zagrijem na 500 - 650ºS, držim i ohladim na zraku. Dvostruko žarenje, u usporedbi s izotermnim žarenjem, povećava vlačnu čvrstoću uz blago smanjenje duktilnosti i skraćuje vrijeme obrade.

Od svih vrsta kemijsko-toplinske obrade titanovih legura, najširu primjenu ima nitriranje koje se provodi u dušičnom okruženju ili u smjesi dušika i argona na temperaturama 850-950 C tijekom 10-50 sati. Dijelovi izrađeni od titanovih legura nakon nitriranja imaju dobra svojstva protiv trenja.

Zaključak

Toplinska obrada jedna je od glavnih, najvažnijih operacija općeg tehnološkog ciklusa obrade, o pravilnoj provedbi ovisi kvaliteta (mehanička i fizikalno-kemijska svojstva) proizvedenih dijelova strojeva i mehanizama, alata i drugih proizvoda. Razvijeni su i racionalizirani tehnološki procesi toplinske obrade sivog i bijelog lijeva, legura obojenih metala.

Obećavajući smjer za poboljšanje tehnologije toplinske obrade je ugradnja jedinica za toplinsku obradu u strojarnicama, stvaranje automatskih linija s uključivanjem procesa toplinske obrade u njih, kao i razvoj metoda koje poboljšavaju svojstva čvrstoće dijelova, njihova pouzdanost i trajnost.

Književnost

B.V. Zakharov. V.N. Berseneva "Progresivni tehnološki procesi i oprema za toplinsku obradu metala" M. " postdiplomske studije»1988

V.M. Zuev "Toplinska obrada metala" M. Viša škola 1986

B.A. Kuzmin "Tehnologija metala i konstrukcijskih materijala" M. "Inženjering" 1981.

V.M. Nikiforov "Tehnologija metala i konstrukcijskih materijala" M. "Viša škola" 1968.

A.I. Samohotsky N.G. Parfenovskaya "Tehnologija toplinske obrade metala" M. Engineering 1976

Izbor materijala i razvoj tehnološkog procesa toplinske obrade matrice

Radno stanje matrice, alat za narezivanje navoja za rezanje vanjski navoj ručno ili na alatnom stroju. Karakteristike čelika, njegova kemijska, mehanička i druga svojstva. Metode praćenja načina toplinske obrade i kvalitete proizvoda.

Razred čelika 18KhGT: krom-mangan čelik sadrži 0,18% ugljika, do 1% kroma, mangana. Redoslijed operacija preliminarne i završne toplinske obrade dijelova. Način rada preliminarne i završne toplinske obrade dijelova.

Teorijska osnova toplinska obrada čelika. Difuzijsko i rekristalizacijsko žarenje. Kašenje je toplinska obrada u kojoj čelik dobiva neravnotežnu strukturu i povećava tvrdoću čelika. Primjena toplinske obrade u praksi.

Bit namjene rezača i njegova primjena. Analiza tehnoloških svojstava i kemijskog sastava brzoreznih čelika. Faze tehnološkog procesa preliminarne i termičke obrade otvrdnjavanja, odabir učvršćenja, nedostataka i njihovo otklanjanje.

Osnove tehnologije toplinske obrade metala i legura. Toplinska obrada je faza u tehnološkom procesu izrade dijelova. Poboljšanje obradivosti materijala pritiskom ili rezanjem. Formiranje tehničkih i električnih svojstava.

Opis postupka primjene kaljenja ugljičnih čelika i određivanja temperature kaljenja prema zadatku. Proračun potrebnog vremena stvrdnjavanja. Imenovanje žarenja i određivanje njegovog vremena prema zadatku. Pravila protokola.

Formiranje materijalnih svojstava dijela. Udarac strojna obrada na svojstva materijala izradaka. Utjecaj tekućine za rezanje (rashladno sredstvo).

Dešifriranje razreda čelika. Priroda utjecaja ugljika i legirajućih elemenata određenog čelika na položaj kritičnih točaka. Izbor i opravdanje redoslijeda operacija prethodne i završne toplinske obrade dijelova. Način toplinske obrade dijelova.

Teorija toplinske obrade. Transformacije u čeliku tijekom zagrijavanja i hlađenja. Žarenje i normalizacija. Nedostaci toplinske obrade. Defekti tijekom žarenja i normalizacije. Defekti stvrdnjavanja. Kemijsko-toplinska obrada i površinsko kaljenje čelika.

Teorija i tehnologija toplinske obrade. Vrste toplinske obrade. Žarenje, normalizacija, stvrdnjavanje, starenje, poboljšanje. Kemijsko-termički tretman. Njeni tipovi. Kompozitni materijali.

Pravila za obradu dijelova rezanjem - uklanjanjem iz obratka pomoću alat za rezanje dodatak, dosljedno dovodeći svoj oblik i dimenzije na tražene, pretvarajući ga u gotov proizvod. Kontrola kvalitete površine kemijsko-toplinskom obradom.

Upoznavanje s metodologijom izrade tehnološkog procesa toplinske obrade dijelova: automobila, traktora i poljoprivrednih strojeva. Dešifriranje klase zadanog čelika, opis njegove mikrostrukture, mehanička svojstva prije toplinske obrade.

Razred čelika 20HNR - krom-nikl čelik sa udjelom ugljika od 0,20%, do 1% kroma, nikla i bora. Način rada preliminarne i završne toplinske obrade dijelova je temperatura zagrijavanja i mikrostruktura u zagrijanom stanju, rashladni medij.