Химико-термическая обработка стали и поверхностное упрочнение наклепом
Физические основы химико-термической обработки. Цементация. Азотирование. Цианирование. Диффузионная металлизация. Дробеструйный наклеп.
При изучении основ химико-термической обработки следует исходить из того, что принципы химико-термической обработки едины. Процесс химико-термической обработки состоит из выделения атомов насыщающего вещества внешней средой, захвата (сорбции) этих атомов поверхностью металла и диффузии их внутрь металла. Поэтому рассмотрите реакции в газовой среде при цементации или азотировании и усвойте современные представления о процессе диффузии в металлах. В большинстве случаев насыщение может происходить из твердой, жидкой и газовой сред, а поэтому нужно знать наиболее удачные варианты насыщения для каждого метода химико-термической обработки и конечные результаты (поверхностное упрочнение и изменение физико-химических свойств).
Разберитесь в технологии проведения отдельных видов химико-термической обработки. Уясните преимущества и области использования цементации, азотирования, цианирования и различных видов диффузионной металлизации. Объясните влияние легирования на механизм формирования структуры поверхностного слоя. Рассмотрите сущность и назначение дробеструйного поверхностного наклепа и его влияние на эксплуатационные свойства деталей машин.
Вопросы для самопроверки
1. В чем заключаются физические основы химико-термической обработки? 2. Химизм процесса азотирования. 3. Химизм процесса цементации. 4. Назначение цементации и режим термической обработки после нее. 5. Чем отличаются режимы цементации легированной и углеродистой стали? 6. Каковы свойства цементированных и азотированных изделий? 7. Химизм и назначение процесса цианирования. 8. В чем различие между диффузионным и гальваническим хромированием? 9. Для каких целей и как производится нитроцементация? 10. Сущность и назначение процесса борирования. 11. Как изменяются свойства изделий при дробеструйной обработке и какова природа этих изменений? 12. Как влияет поверхностное упрочнение на эксплуатационные характеристики изделий?
Конструкционные стали
Конструкционные стали общего назначения. Цементуемые, улучшаемые, пружинно-рессорные стали. Высокопрочные мартенситостареющие стали. Коррозионностойкие и жаростойкие стали и сплавы. Жаропрочные стали и сплавы.
Нужно усвоить принципы маркировки сталей и уметь по маркировке определить состав и особенности данной стали, а также иметь общее представление о разных группах стали.
Разберитесь во влиянии легирующих элементов на изменение структуры и свойств стали, особое внимание уделите технологическим особенностям термической обработки легированной стали различных групп.
Рассмотрите способы классификации (по структуре в нормализованном состоянии и, что особенно важно для машиностроителей, по назначению), основные принципы выбора для различного назначения цементуемых, улучшаемых, пружинно-рессорных, износостойких, высокопрочных, нержавеющих, жаропрочных и других сталей.
При изучении жаропрочных сталей обратите внимание на особенности поведения металла в условиях нагружения при повышенных температурах. Уясните сущность явления ползучести и основные характеристики жаропрочности; каковы предельные рабочие температуры и области применения сталей различного структурного класса.
В качестве примеров указать две-три марки стали каждой группы, расшифровать состав, назначить режим термической обработки и охарактеризовать структуру, свойства и область применения.
Вопросы для самопроверки
1. Укажите химический состав сталей марок: 40, 20Х, 30ХГСА, 50Г, Г13, ШХ15, 18Х2Н4ВА, 5ХНМ, Х18Н9Т, Н18К8М5Т.
2. Как классифицируются конструкционные стали по технологии термической обработки?
3. Какие требования предъявляются к цементуемым изделиям? 4. Чем определяется выбор марки цементуемой стали для изделий различного назначения? Приведите примеры марок стали, используемых в различных условиях работы. 5. Какова термическая обработка цементуемых деталей? 6. Чем объясняется назначение процесса улучшения для конструкционной стали? 7. Как влияет степень легирования на механические свойства улучшаемой стали? 8. Чем определяется выбор марки улучшаемой стали для изделий различного назначения? Приведите примеры марок стали, используемых в различных условиях работы. 9. Какие требования предъявляются к рессорно-пружинным сталям? 10. Приведите примеры марок стали для рессор и пружин, работающих в различных условиях. 11. Термическая обработка рессорно-пружинной стали. 12. Какие вы знаете износостойкие стали? 13. Каковы особенности мартенситно-стареющих сталей? 14. Приведите примеры марок высокопрочной стали, укажите режим обработки. 15. Каковы требования, предъявляемые к нержавеющим сталям? 16. В чем сущность электрохимической коррозии (основы теории)? 17. Укажите марки хромистых нержавеющих сталей. их состав, термическую обработку, свойства и назначение. 18. Укажите марки хромоникелевых нержавеющих сталей, их свойства, состав, термическую обработку, назначение. 19. Что такое окалиностойкость? 20. Каковы требования, предъявляемые к жаростойким сталям? 21. Какими способами можно повысить окалиностойкость? 22. Каковы требования, предъявляемые к жаропрочным сталям? 23. В чем сущность явления ползучести? 24. Приведите определения предела ползучести и предела длительной прочности. Что такое скорость ползучести? 25. Какими способами можно повысить жаропрочность стали? Объясните природу упрочнения. 26. Приведите примеры жаропрочных сталей перлитного, мартенситного и аустенитного классов. Укажите их состав, обработку, свойства и области применения. 27. Каковы особенности и области применения металлокерамических сплавов?
Инструментальные стали
Классификация и маркировка инструментальных сталей. Стали, не обладающие и обладающие теплостойкостью. Стали для режущего, измерительного и штампов ого инструмента. Твердые сплавы.
Изучите классификацию инструментальных сталей в зависимости от назначения инструмента и в связи с этим рассмотрите основные эксплуатационные свойства инструмента каждой группы. Особое внимание уделите быстрорежущим сталям. Уясните причины их высокой красностойкости и особенности термической обработки.
При изучении штамповых сталей необходимо различать условия работы штампов для деформирования в холодном состоянии и штампов для деформирования в горячем состоянии.
Студент обязан уметь выбрать марку стали для инструмента различного назначения, расшифровать ее состав, назначить режим термической обработки, объяснить сущность происходящих при термической обработке превращений и указать получаемые структуру и свойства.
Вопросы для самопроверки
1. Укажите химический состав сталей марок: У10, 9ХС, ХВГ, Р18, Р18Ф2, Р9К10, Р9М4К8, Х12, 6ХВ2С, Х12М. 2. Как классифицируются инструментальные стали? 3. Требования, предъявляемые к сталям для режущего инструмента. 4. Приведите примеры углеродистых и легированных сталей, используемых для режущего инструмента. Укажите их состав, режим термической обработки, структуру и свойства. 5. Укажите и расшифруйте основные марки быстрорежущей стали. 6. В чем сущность явления красностойкости и каким образом можно повысить красностойкость инструмента? 7. Какова термическая обработка быстрорежущей стали? 8. Как подразделяются штамповые стали? Требования, предъявляемые к штамповым сталям для деформирования металла в холодном состоянии и к сталям для деформирования металла в горячем состоянии. 9. Какие стали применяются для штампов холодной штамповки? Укажите их состав, термическую обработку, структуру и свойства. 10. Какие стали применяются для пресс-форм литья под давлением? 11. Какие требования предъявляются к сталям для измерительного инструмента? Укажите марки стали, их состав, термическую обработку, структуру и свойства. 12. Что представляют собой твердые сплавы? Каковы их свойства и преимущества? 13. Укажите марки твердых сплавов, их состав и назначение.
Обработка металлов давлением
Сущность процесса обработки давлением. Нагрев металла и нагревательные устройства. Виды обработки давлением. Прокатное производство. Продукция прокатного производства. Волочение металла. Прессование металла и способы прессования. Свободная ковка. Горячая объемная штамповка. Холодная штамповка.
Специальные сплавы
В этом разделе изучают стали и сплавы, обладающие особыми физическими свойствами: магнитные, с заданным коэффициентом теплового расширения и электрическим сопротивлением, а также новые сплавы на основе титана, никеля, кобальта и тугоплавких металлов.
Необходимо знать требования, предъявляемые к каждой группе сплавов, и их назначение. В качестве примеров укажите две-три марки стали или сплава данной группы, расшифруйте их состав и укажите режим термической обработки с объяснением происходящих структурных превращений, охарактеризуйте получаемую структуру и свойства.
Обратите внимание на использование титановых сплавов как в качестве конструкционных, работающих при обычных температурах, так и в качестве жаропрочных. Уясните преимущества, предельные температуры и области использования сплавов на основе титана, никеля и кобальта.
Общая характеристика и перспективы использования сплавов на основе тугоплавких металлов (молибдена, вольфрама, хрома, тантала, ниобия, циркония).
Вопросы для самопроверки
1. Как классифицируются магнитные стали и сплавы? Требования, предъявляемые к магнитомягким и магнитотвердым материалам. 2. Какие вы знаете магнитомягкие стали и сплавы? Укажите их состав, свойства и назначение. 3. Какие вы знаете магнитотвердые материалы? Укажите их состав, термическую обработку, свойства и назначение. 4. Какие требования предъявляются к сплавам с высоким электросопротивлением? Приведите примеры таких сплавов с указанием их состава, структуры, свойств и области применения. 5. Приведите примеры сплавов с особенностями теплового расширения. Их состав, свойства и назначение. 6. Какие вы знаете сплавы с заданными упругими свойствами? Их состав, свойства и назначение. 7. Каковы особенности титановых сплавов и области их применения? 8. Какой термической обработке подвергают сплавы на основе титана? 9. Приведите примеры сплавов на основе титана. Укажите их состав, обработку, свойства и область применения. 10. То же, о сплавах на основе никеля. 11. То же, о сплавах на основе кобальта. 12. То же, о сплавах на основе тугоплавких металлов.