Презентация на тему "Термическая обработка стали" к уроку по материаловедению

Слайд #1

основы термической обработки металлов и сплавов

Слайд #2

Сущность термической обработки
Основы термической обработки металла заложены в конце XIX века русским металлургом Д.К.Черновым. Наблюдая изменения, происходящие о внутреннем строении стали при ее нагревании и охлаждении, Чернов пришел к выводу, что эти изменения можно использовать в практических целях и управлять ими. Устанавливая режим нагревания и охлаждения, можно тем самым изменять некоторые свойства металлов.

Слайд #3

Сущность термической обработки
Термическая обработка стали основана на свойстве металлов изменять свою структуру при нагревании и охлаждении. Путем термической обработки стали можно придавать ей различные свойства: сделать стальное изделие хрупким и твердым или, наоборот, мягким и пластичным.
Термическая обработка стали заключается в нагревании изделия или заготовки до определенной температуры, некоторой выдержки при этой температуре и последующим охлаждении с определенной скоростью.

Слайд #4

Сущность термической обработки
Режим нагревания, выдержки и охлаждении зависит от того, из какой марки получено изделие, формы и размеров изделия и других причин.
Чтобы избежать брака при термообработки и добиться определенного режима, необходимо регулировать температуру нагрева изделия. Наблюдение за температурой в нагревательных печах ведут при помощи термопар и гальванометра.

Слайд #5

Сущность термической обработки
Температуру нагрева изделия можно также определить по цветам побежалости и каления. При нагревании защищенного изделия на его поверхности образуется пленка окисла.
При увеличении температуры и длительности нагрева толщина слоя пленки возрастает и цвет ее изменяется. Цвета окисных пленок на стальных изделиях при нагревании от 220⁰ до 350⁰ называются цветами побежалости.
При нагревании стали выше 530⁰ сталь начинает светиться. С повышением температуры свечение стали меняется. Цвета, принимаемые сталью при нагревании выше 530⁰, называются цветами каления.

Слайд #6

Виды термической обработки стали
Отжиг
Закалка
Отпуск
Нормализация
Криогенная Обработка
Старение

Слайд #7

Отжиг
Отжиг – термическая обработка, в результате которой металлы или сплавы приобретают структуру, близкую к равновесной. Отжиг вызывает разупрочнение металлов, сопровождающееся повышение пластичности и снятием остаточных напряжений.
Отжиг заключается в нагреве изделий до определенной температуры, выдержке их при данной температуре с последующим медленным охлаждением вместе с печью. При этом заготовки или изделия получают устойчивую структуру без остаточных напряжений.
Цели отжига – снятие внутренних напряжений, устранение структурной и химической неоднородности, снижение твердости и улучшение обрабатываемости, подготовка к последующей операции термообработки.

Слайд #8

Отжиг стали
Отжиг стали проводят для получения требуемой равновесной структуры с минимальной твердостью, с целью дальнейшей обработки получаемых деталей резанием. Изделие нагревают до нужной температуры и охлаждают вместе с печью.
Области нагрева стали при отжиге: 1 – диффузионном; 2 – рекристаллизационном; 3 – для снятия напряжений; 4 – полном; 5 – неполном; 6 – нормализационном.
Структурные превращение в эвтектоидной стали при полном отжиге

Слайд #9

Закалка
ЗАКАЛКА – заключается в нагревании стального изделия до определенной температуры, выдержки и быстром охлаждении.
Цель закалки состоит в том, чтобы зафиксировать при более низкой температуре высокотемпературные структурные составляющие или продукты их распада.

Слайд #10

Закалка
Скорость охлаждения зависит от охлаждающей среды. Распространенной охлаждающей жидкостью является вода. Кроме воды, для охлаждения при закалке применяют ряд растворов, масло, расплавленный свинец и др. Выбор охлаждающей среды зависит от содержания углерода в стали. Сталь, содержащая углерода 0,9%, требует наименьшей скорости закалки. Стали Ст.1, Ст.2, Ст.3, 10 и 15 закалки не подвергают. Легированные стали закаливают маслом.
Закалку применяют для повышения твердости, прочности и износостойкости.
Для предупреждения трещин и коробления длинные изделия (зубила, сверла) следует погружать в охлаждающую жидкость вертикально, а после погружения перемещать вверх и вниз.

Слайд #11

Закалка
Сталь различного состава при одинаковом режиме закалки имеет неодинаковую толщину закаленного слоя. В изделиях большой толщины скорость охлаждения внутренних и поверхностных слоев различна.
Способность стали закаливаться на большую или меньшую глубину называется прокаливаемостью.
Наименьшей прокаливаемостью обладают углеродистые стали.

Слайд #12

Способы закалки
Закалка в одном охладителе — нагретую до определённых температур деталь погружают в закалочную жидкость, где она остаётся до полного охлаждения. Этот способ применяется при закалке несложных деталей из углеродистых илегированных сталей.
Прерывистая закалка в двух средах — этот способ применяют при закалке высокоуглеродистых сталей. Деталь сначала быстро охлаждают в быстро охлаждающей среде (например воде), а затем в медленно охлаждающей (масло).
Струйчатая закалка заключается в обрызгивании детали интенсивной струёй воды и обычно её применяют тогда, когда нужно закалить часть детали. При этом способе не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем простая закалка в воде. Такая закалка обычно производится в индукторах на установках ТВЧ (токи высокой частоты).

Слайд #13

Установка ТВЧ для закалки

Слайд #14

Закалка в одном охладителе

Слайд #15

Струйная закалка

Слайд #16

Способы закалки
Ступенчатая закалка — закалка, при которой деталь охлаждается в закалочной среде, имеющей температуру выше мартенситной точки для данной стали. При охлаждении и выдержке в этой среде закаливаемая деталь должна приобрести во всех точках сечения температуру закалочной ванны. Затем следует окончательное, обычно медленное, охлаждение, во время которого и происходит закалка, то есть превращение аустенита в мартенсит.
Изотермическая закалка. В отличие от ступенчатой при изотермической закалке необходимо выдерживать сталь в закалочной среде столько времени, чтобы успело закончиться изотермическое превращение аустенита.
Лазерная закалка. Термическое упрочнение металлов и сплавов лазерным излучением основано на локальном нагреве участка поверхности под воздействием излучения и последующем охлаждении этого поверхностного участка со сверхкритической скоростью в результате теплоотвода теплоты во внутренние слои металла. В отличие от других известных процессов термоупрочнения ( закалкой токами высокой частоты, электронагревом, закалкой из расплава и другими способами ) нагрев при лазерной закалке является не объемным, а поверхностным процессом.

Слайд #17

Лазерная закалка

Слайд #18

Отпуск
ОТПУСК – заключается в нагреве закаленной стали до определенной температуры (ниже 723), выдержке при этой температуре и охлаждении; проводится сразу после закалки.
Закалка и последующий отпуск при высокой температуре называют термическим улучшением. При этом механические свойства стали становятся наиболее высокими.

Слайд #19

Отпуск
Термическую обработку легированных сталей производят с учетом влияния легирующих элементов (хрома, никеля, марганца и т.д.). Скорость охлаждения легированных сталей ниже, чем углеродистых.

Слайд #20

Нормализация
Нормализация. Изделие нагревают до аустенитного состояния (на 30…50 градусов выше АС3) и охлаждают на спокойном воздухе
Структура низкоуглеродистой стали после нормализации феррито-перлитная, такая же, как и после отжига, а у средне- и высокоуглеродистой стали —сорбитная. В некоторых случаях нормализация может заменить для низкоуглеродистой стали отжиг, а для высокоуглеродистой — улучшение(закалку с высоким отпуском). Часто нормализацию используют для подготовки стали к закалке. Нормализация обеспечивает большую производительность и лучшее качество поверхности при обработке резанием

Слайд #21

Криогенная обработка или обработка холодом
Чтобы повысить механические свойства стали ее обрабатывают холодом. Сталь охлаждают в специальных холодильных установках до температуры от -20 до -100 с выдержкой около 1,5 часов. Охлаждающими жидкостями являются: жидкий воздух, азот, смесь твердой углекислоты с денатурированным спиртом.
После выдержки производят отпуск. В результате такой обработки твердость изделия значительно повышается, улучшается его износоустойчивость.
Обработку холодом применяют главным образом для режущих инструментов.

Слайд #22

Старение
Старение стали — изменение свойств материала (стали), протекающее во времени без заметного изменения микроструктуры. Такие процессы происходят главным образом в низкоуглеродистых сталях (менее 0,25 % С).

При старении за счёт скопления атомов углерода на дислокациях или выделения избыточных фаз и феррита (карбидов, нитридов) повышаются прочность, порог хладноломкости и снижается сопротивление хрупкому разрушению. Склонность стали к старению снижается при легировании её алюминием, титаном или ванадием.

Слайд #23

Термическое старение

При ускоренном охлаждении с 650—700 °C в низкоуглеродистой стали задерживается выделение третичного цементита и при нормальной температуре фиксируется перенасыщенный раствор (феррит). При последующей выдержке стали при нормальной температуре или при повышенной 50—150 °C происходит образование атмосфер Коттрелла или распад твёрдого раствора с выделением третичного цементита (ε-карбида) в виде дисперсных частиц. Старение технического железа (стали) также может быть вызвано выделением твёрдых частиц нитрида Fe16N2 или Fe4N

Слайд #24

Механическое старение

Это процесс, протекающий после пластической деформации, если она происходит ниже температуры рекристаллизации. Такое старение развивается в течение 15—16 суток при комнатной температуре и в течение нескольких минут при 200—350 °C. При нагреве деформированной стали возможно образование частиц карбидов и метастабильной нитридной фазы Fe16N2 или стабильного нитрида Fe4N. Развитие деформационного старения резко ухудшает штампуемость листовой стали, поэтому многие углеродистые стали подвергают обязательно испытаниям на склонность их к деформационному старению.

Слайд #25

Используемая литература
И. И. Новиков. Термическая обработка
А. П. Гуляев. Металловедение
Суперсплавы II, Москва, «Металлургия», 1995
А. Ю. Маламут. Термопечи, Москва, 2010.
http://www.bibliotekar.ru