Матеріалознавство

При гартуванні особливо сильно змінюються сплави, що зазнають в рівноважних умовах евтектоїдне перетворення. Міцність зростає або унаслідок мартенситного механізму фазового перетворення, або унаслідок пониження температури евтектоїдної реакції, що приводить до подрібнення кристалів фаз, утворюючих евтектоїдну суміш.

 

9. 3.1. Види та способи гартування.

Існує декілька видів та способів гартування. Вони різняться те хнологією та температурним режимом нагрівання і охолодження, фаз о-

 

вими  та  структ урними  змінами,  характером  дії  та  інше.  Розрізняють об'ємне та поверхневе гартування.

Найбільш широке застосування отримало гартування в одному охолоджувачі – безперервне або повне гартування. Для невеликих деталей складної форми і при необхідності зменшення деформації вик ористовують ступінчате та ізотермічне гартування (рис. 12. а, б,).

 

 

 

 

 

 

 

 

аб

Рисунок 12. – Схеми гартування: а – ступінчате, б – ізотермічне.

 

При ступінчастому гартуванні вироби після нагрівання спочатку коротко охолодж ують з критичною швидкістю, а надалі на повітрі, при цьому  вирівнюється  температура  по  перерізу  вироб у,  зменшуються об'ємні напруження, уникає можливість утворення гартувальних тріщин, викривлення форми. Ізотермічне гартування аналогічне і відрізняється не принципово.

Поверхневе гартування виробів, на відміну від об'ємного, дозв оляє зміцнювати тільки поверхнев ий шар на певну г либину. Й ог о можна проводит и двома способами. В   одному випадку нагрівають тільки поверхневий шар, який потім гартують при охолоджуванні. В іншому нагрівають весь виріб, але при гартуванні охолоджують тільки поверхневий шар із швидкістю більше критичної. Поверхневе гартування здійснюють індукційним способом, струмом високої частоти, плазмовим чи лазерним променем.

 

9. 4. Відпущення.

Термін  "відпущення"  звичайно  використовують  стосовно  сталей  і  іншим

сплавам, що зазнають при гартуванні поліморфне перетворення (двофазна алюмінієва бронза, деякі сплави на основі титана та ін.).

Термін "старіння", частіше всього, використовують стосовно сплавів, що не зазнають при гартуванні поліморфного перетворення (сплави на основі алюмінію, аустенітні сталі, нікелеві сплави і ін.).

Відпущення і штучне старіння термічна обробка загартованих сплавів (головним чином стали), що включає нагрівання нижче 0,4 Тпл, витримку і охолоджування.  Швидкість охолоджування не впливає на структуру і властивості сплавів. Мета досягнення оптимального поєднання міцності, пластичності і ударної в'язкості.

 

При відпущенні і штучному старінні в заздалегідь загартованих сплавах нагрів викликає процеси розпаду пересиченого твердого розчину (метастабільної фази), в результаті яких відбуваються фазові перетворення.

Відпущення і штучне старіння в 2...3 рази підвищують такі властивості сплаву як твердість, міцність, коерцитивну силу, питомий електричний опір і ін.

 

9.5. Термомеханічна обробка.

Термомеханічна обробка – це сукупність операцій деформації, нагріву і охолодження, в результаті яких формування остаточної структури і властивостей матеріалу відбувається в умовах збільшеної щільності і оптимального розподілу дефектів будови, створених пластичною деформацією.

В залежності від температури, при яких здійснюють деформацію і температури рекристалізації   металу розрізняють високотемпературну (ВТМО) і низькотемпературну (НТМО) термомеханічну обробку.

При ВТМО сплав нагрівають до температур фазових перетворень у твердий розчин і деформують зі ступенем пластичної деформації 30 – 50%. Після деформації одразу проводять гартування, щоб уникнути розвитку рекристалізації.

По другому способу НТМО, сплав деформують в температурній зоні нижчій за температуру рекристалізації і фазових перетворень, ступінь пластичної деформації складає 75 – 95%. Гартування проводять одразу після деформації і виконують обов’язкове низькотемпературне  відпущення.

ТМО дозволяє одночасно отримати дуже високу міцність з забезпеченням гарної пластичності. Також при цьому підвищується ударна в’язкість, тріщиностійкість, знижується поріг холодноламкості і крихкість.

 

9.6. Хіміко-термічна обробка.

Хіміко-термічна обробка (ХТО) – термічна обробка металів та сплавів в хімічно активних середовищах для зміни хімічного складу, структури і властивостей в поверхневих шарах.

Механізм ХТО включає:

утворення в оточуючому середовищі (чи в окремому об’ємі) високої концентрації дифундуючого елемента в атомарному (іонізованому) стані;

адсорбцію атомів (іонів) на поверхні матеріалу з утворенням хімічних зв’язків між іонами дифундуючого елемента і основного сплаву;

дифузію  адсорбованих  атомів  від  поверхні  в  глибину  оброблюваного матеріалу.

Концентрація активного елементу зменшується від поверхні в глибину металу. При цьому утворюється міцний легований поверхневий шар з поступовим переходом до основного металу.

 

Технологія ХТО  найбільш результативна у випадку, коли дифундуючий елемент і основний метал взаємодіють з утворенням хімічних з'єднань чи твердих розчинів.

ХТО обробку металів класифікують: по виду дифундую чого елемента і по способу дифузійного насичення.

В залежності від насичуючого елементу виділяють такі види ХТО:

цементація – насичення вуглецем – дозволяє збільшити працездатність виробів, що в процесі експлуатації витримують значні статичні, динамічні і перемінні навантаження а також абразивне зношення;

азотування – азотом – підвищує твердість поверхневого шару (більш ніж цементація), його зносостійкість, границю витривалості і опір корозії в таких середовищах як пар, повітря, вода;

нітроцементація – вуглецем і азотом одночасно;

борірування – бором в певних середовищах – підвищує жаростійкість, корозійну стійкість, зносостійкість і твердість;