Вопросы для контроля знаний по изучаемой теме

Для эффективного изучения дисциплины «Термическая обработка металлов» рекомендуется вначале изучить материалы, изложенные в методическом пособии (часть 1), ответить на контрольные вопросы (Приложение 1), а после этого перейти к изучению классификации видов термической обработки и подробному изучению особенности каждого вида термической и комбинированной обработки металлов (Методическое пособие, часть 2 -7 и соответствующая литература).

1. Дать определение свойству, обусловливающему способность металла существовать в различных кристаллических модификациях.

2. Назвать полиморфные модификации (фазы) железа и температурные интервалы их существования.

3. Назвать внешние факторы, которые могут приводить к изменению фазового состава железоуглеродистых сплавов.

4. Назвать виды структур, образующихся в сталях и чугунах. Дать им определение.

5. Какие из полиморфных модификаций железоуглеродистых сплавов являются ферромагнитными, а какие парамагнитными.

6. Назвать температуру перехода железоуглеродистых сплавов из ферромагнитного в парамагнитное состояние. Как называется эта точка, температура которой соответствует изменению магнитного состояния сплава. Для каких структурных составляющих характерно это явление. Указать температуру этой точки и для цементита.

7. Назвать критические точки и температуры им соответствующие, при которых в сталях происходят фазовые превращения (при нагреве и охлаждении). В чем отличие при обозначении этих точек и какой физический смысл в этом отличии?

8. Указать, при каких условиях охлаждения построены стабильная и нестабильная (метастабильная) диаграмма «железо - углерод». В каком состоянии находится углерод в железоуглеродистых сплавах при рассмотрении каждой из названных диаграмм состояния?

9. Указать, какую информацию возможно получить в отношении фазового и структурного состояния стали или чугуна при рассмотрении диаграммы «железо-углерод».

10. Указать вид диаграмм распада переохлажденного аустенита, при рассмотрении которых можно с достаточной вероятностью определить структурное состояние металла в определенном температурном интервале при ускоренном или изотермическом охлаждении.

11. Указать концентрацию углерода в аустените сталей 10, 20, 30, 40,50, 60, У8, У10, Х12М и назвать буквенную аббревиатуру линии, при нагреве выше которой структура указанных сталей будет состоять из аустенита. Какое максимальное количество углерода может быть в твердом растворе (аустените) сталей, а какое у чугунов?

12. Указать концентрацию углерода в феррите малоуглеродистых сталей при температуре, соответствующей точке А₁ и при комнатной (при медленном охлаждении). Назвать температурный интервал и максимальную концентрацию углерода в феррите малоуглеродистых сталей в условиях ускоренного охлаждения.

13. Дать определение одной из структурных составляющих сталей – перлиту, назвать другие производные этой структуры и их отличие от перлита. Указать температурные интервалы их образования при диффузионном распаде аустенита (на примере изотермической или термокинетической диаграммы распада аустенита).

14. Дать определение структурам, образующимся при промежуточном распаде аустенита в процессе его переохлаждения, указать их отличие по морфологии и свойствам. Указать температурные области образования разновидностей промежуточных структур (на примере диаграмм распада аустенита).

15. Дать определение структурной составляющей – мартенситу. Назвать основные виды мартенсита по морфологическим признакам. Назвать критические точки, соответствующие началу и концу образования мартенсита при закалке сталей. Нарисовать график зависимости температуры этих точек от содержания углерода в стали.

16. Что такое остаточный аустенит и при каких условиях он содержится в сталях в виде структурной составляющей при комнатной температуре? В каких сталях в структуре может присутствовать при комнатной температуре остаточный аустенит после закалки на мартенсит?

17. Дать определение наследственно крупнозернистым и наследственно мелкозернистым сталям. Объяснить, чем отличается начальный размер зерна аустенита от действительного. Какой размер зерна аустенита определяет степень дисперсности вторичной структуры стали после ее охлаждения из однородного аустенитного состояния и ее эксплуатационные свойства.

18. Дать определение цементиту и указать виды цементита, которые присутствуют в сталях при определенных температурных условиях.

19. Пояснить суть явления перекристаллизации аустенита за счет фазового наклепа. Объяснить суть процессов при температурах аустенитизации сталей, соответствующих точке b Чернова.

20. Рассказать, какие особенности структурного состояния и физико-механических свойств присущи холоднодеформированному металлу и какими эксплуатационными свойствами обладает такой металл. Какие процессы структурообразования происходят в холоднодеформированном металле при нагреве до температуры А_С1.

Приложение 2

Вопросы для индивидуального задания

1. Классификация видов термической и комбинированных обработок. Назначение и основные параметры режимов структурных обработок.

2. Превращения в сплавах на основе железа при нагреве до однородного аустенитного состояния. Рост зерна аустенита при нагреве и влияние размера зерна на свойства стали.

3. Диффузионное (перлитное) превращение аустенита при охлаждении сталей. Диаграммы изотермического превращения аустенита при переохлаждении и термокинетические диаграммы фазовых превращений при непрерывном охлаждении сплавов.

4. Превращения в сплавах на основе железа при различных степенях переохлаждения. Промежуточное (бейнитное) превращение аустенита, его особенности, морфологические типы структур.

5. Превращения в сплавах на основе железа при различных степенях переохладения аустенита. Мартенситное (сдвиговое) превращение аустенита, его основные особенности, морфологические типы структур.

6.Закалка железоуглеродистых сплавов. Критическая скорость охлаждения, понятия «закаливаемость» и «прокаливаемость», теоретические и практические методы определения прокаливаемости. Закалочные напряжения.

7.Охлаждающие среды (без изменения агрегатного состояния и с изменением агрегатного состояния в процессе охлаждения изделий – кривые охлаждения с указанием стадий охлаждения) и параметры закалочного охлаждения.

8. Факторы, влияющие на мартенситное превращение в углеродистых сталях (концентрация углерода, положение точек Мн и Мк, скорость охлаждения, внешнее воздействие на переохлажденный аустенит).

9. Особенности мартенситного превращения в легированных сталях и сплавах.

10. Структурная наследственность в сталях и перекристаллизация аустенита. Смысловое значение температур, соответствующих точке b Чернова. Методы предотвращения негативных последствий структурной наследственности.

11.Водород в сталях и способы борьбы с водородным охрупчиванием. Флокены и противофлокенная обработка (ПФО) сталей и сплавов.

12. Отпуск сталей и сплавов, закаленных на мартенсит. Назначение и виды отпуска. Структура и свойства, которые формируются в закаленном металле при отпуске в различных температурных интервалах.

13. Особенности структурообразования в мартенсите углеродистых сталей при отпуске (4 превращения при отпуске). Влияние легирования на процессы при отпуске сталей.

14. Отпускная хрупкость и ее виды. Причины, вызывающие явления отпускной хрупкости и меры борьбы. Критерии оценки охрупчивания металла.

15. Старение сплавов. Закалочное и деформационное старение. Назначение, виды, типы режимов старения.

16. Комбинированные обработки сплавов. Термомеханическая обработка сталей на примере:

-высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО) и ее разновидностей (контролируемая прокатка и др.);

-низкотемпературная термомеханическая обработка ( НТМО);

Основные особенности изменения структуры и свойств металлов при горячей и холодной обработке давлением и последующем термическом воздействии.

17. Механико-термическая обработка (МТО), особенности такой технологии и процессов структурообразования при ее реализации.

18. Мартенситно-стареющие стали (МСС), особенности химического состава, термической и комбинированной обработок, процессов структурообразования.

19. ПНП-стали(пластичность, наведенная превращением) и их комбинированная обработка. Особенности химического состава, термической и комбинированной обработок, процессов структурообразования

20. Особенности процессов структурообразования в стали Гадфильда при термической обработке и при последующей ее эксплуатации.

21. Карбидостали. Особенности технологии производства и термической обработки.

22. Назначение и общие закономерности диффузионного насыщения поверхности металлоизделий. Методы ХТО.

23. Цементация стали, основные параметры термической обработки сталей при и после цементации.

24. Азотирование стали. Особенности химического состава и режимов термической обработки сталей, подвергаемых азотированию.

25. Нитроцементация и цианирование. Особенности химического состава и режимов термической обработки сталей, подвергаемых этим видам диффузионного насыщения.

26. Ионная ХТО сплавов (на примере ионного азотирования).

27. Перечислить виды отжигов 1-го рода. График гомогенизационного (диффузионного) отжига на примере конкретной легированной стали. Назначение и особенности процессов структурообразования в сталях при этом отжиге.

28. Перечислить виды отжигов 1-го рода. График рекристаллизационного отжига (указать возможный температурный интервал) на примере сталей для глубокой вытяжки. Назначение и особенности процессов структурообразования в сталях при этом отжиге.

29. Перечислить виды отжигов 1-го рода. График дорекристаллизационного отжига (указать возможный температурный интервал). Назначение и особенности процессов структурообразования в сталях и сплавах при этом отжиге.

30. Перечислить виды отжигов 1-го рода. График отжига для уменьшения напряжений (указать возможный температурный интервал). Назначение и особенности процессов структурообразования в сталях и сплавах при этом отжиге.

31. Перечислить виды отжигов П-го рода. График полного отжига на примере конкретной стали. Назначение и особенности процессов структурообразования в сталях при этом отжиге.

32. Перечислить виды отжигов П-го рода. График неполного отжига на примере конкретной стали. Назначение и особенности процессов структурообразования в сталях при этом отжиге.

33. Перечислить виды отжигов П-го рода. График изотермического отжига на примере конкретной легированной стали. Назначение и особенности процессов структурообразования в сталях при этом отжиге.

34. Перечислить виды отжигов П-го рода. График сфероидизирующего отжига на примере конкретной стали. Назначение и особенности процессов структурообразования в сталях при этом отжиге. Назвать виды обработок, используемых на практике и предшествующих сфероидизирующему отжигу для повышения его эффективности.

35. Перечислить виды отжигов II-го рода. График нормализационного отжига на примере конкретной стали. Назначение и особенности процессов структурообразования в сталях при этом отжиге.

36. Перечислить виды отжигов П-го рода. График графитизирующего отжига (для сталей), указать особенности химического состава сталей, подвергаемых такому отжигу. Назначение и особенности процессов структурообразования в сталях при этом отжиге.

37. Перечислить виды отжигов П-го рода. График процесса обработки - патентирования. Назначение и особенности процессов структурообразования в сталях при этом виде обработки.

38. Перечислить виды отжигов П-го рода. График отжига сталей для предупреждения флокенообразования. Причины флокенообразования, назначение ПФО и особенности процессов структурообразования в сталях при этом отжиге.

39. Классификация способов закалки металлов:

-по способу нагрева металла до температуры аустенитизации;

-по типу используемой закалочной среды;

-по режиму охлаждения при закалке.

Привести график режима непрерывной закалки с параметрами для конкретной марки стали, указать ход процесса структурообразования при переохлаждении от температуры аустенитизации и до температуры охлаждающей среды.

40. Классификация способов закалки металлов:

-по способу нагрева металла до температуры аустенитизации;

-по типу используемой закалочной среды;

-по режиму охлаждения при закалке.

Привести график режима изотермической закалки с параметрами для конкретной марки стали, указать ход процесса структурообразования при переохлаждении от температуры аустенитизации и до температуры цеха.

41. Классификация способов закалки металлов:

-по способу нагрева металла до температуры аустенитизации;

-по типу используемой закалочной среды;

-по режиму охлаждения при закалке.

Привести график режима ступенчатой закалки с параметрами для конкретной марки стали, указать ход процесса структурообразования при переохлаждении от температуры аустенитизации и до температуры цеха.

42. Классификация способов закалки металлов:

-по способу нагрева металла до температуры аустенитизации;

-по типу используемой закалочной среды;

-по режиму охлаждения при закалке.

Привести график режима закалки с обработкой холодом с параметрами для конкретной марки стали, указать ход процесса структурообразования при переохлаждении от температуры аустенитизации и до температуры охлаждающей среды. Указать для каких сталей применяется такой вид обработки и привести график зависимости положения температур Мн и Мк от концентрации углерода в стали.

43. Нарисовать график процесса, называемого «улучшением» с параметрами для конкретной марки стали. Указать ход процесса структурообразования при переохлаждении от температуры аустенитизации и до температуры охлаждающей среды при закалке и последующем отпуске.

44. Упрочняющая термическая обработка цельнокатаных железнодорожных колес с предварительной ПФО.

45. Упрочняющая термическая обработка железнодорожных бандажей.

46. Термическая обработка железнодорожных осей.

47. Упрочняющая термическая обработка железнодорожных рельсов широкой колеи.

48. Термическая обработка стрелочных переводов.

49. Термическая обработка труб нефтяного сортамента (бурильных, обсадных, муфтовых, насосно-компрессорных). Классификация труб по группам прочности на основании отечественных стандартов и API 5CT.

50. Термическая и термомеханическая обработка арматурного проката. Классификация арматурного проката по группам прочности на основании отечественных стандартов.

51. Термическая обработка стальной проволоки.

52. Термическая обработка труб большого диаметра для магистральных трубопроводов. Классификация труб по группам прочности на основании отечественных стандартов.

53. Термическая обработка баллонов различного назначения.

54. Термическая и термомеханическая обработка толстолистового проката.

55. Термическая обработка холоднокатаных листов и полосы.

56. Термическая обработка помольных тел.

57. Упрочняющая термическая обработка штампов горячего деформирования (на примере молотовых штампов из полутеплостойких сталей). Марочный состав сталей различной теплостойкости, используемых для изготовления инструмента горячего деформирования.

58. Упрочняющая термическая обработка штампов горячей высадки (на примере конкретной марки стали).

59. Упрочняющая термическая обработка штампов (прессформ) литья под давлением (на примере штампов из конкретной стали).

60. Упрочняющая термическая обработка режущего инструмента из углеродистой стали (на примере конкретной марки стали).

61. Упрочняющая термическая обработка режущего инструмента из легированной стали (на примере конкретной марки стали).

62. Упрочняющая термическая обработка режущего инструмента из быстрорежущей стали (на примере конкретной марки стали).

63. Упрочняющая термическая обработка штамповых сталей для деформирования в холодном состоянии (на примере конкретной марки стали).

64. Термическая обработка рессор, пружин и других упругих элементов.

65. Термическая обработка зубчатых колес, шестерен и звездочек.

66. Термическая (или термомеханическая) обработка валов, полуосей.

67. Термическая обработка крестовин.

68. Термическая обработка картеров ведущих мостов автомобилей.

69. Термическая обработка стальных и чугунных коленчатых и распределительных валов двигателей внутреннего сгорания.

70. Термическая обработка деталей из ковкого чугуна.

71.Термическая обработка белого чугуна при получении ковкого чугуна.

72.Термическая обработка серого отбеленного чугуна.

УДК 621.785:669

Методическое пособие для специалистов металлургического завода ОАО «РУСПОЛИМЕТ» по дисциплине «Термическая обработка металлов» (часть 2 –методики испытаний, дефекты металла, отжиги 1 и П рода) / Сост. Дейнеко Л.Н, Перчун Г.И., Мясоед Р.В., Бабаченко А.И., Борисенко А.Ю. -Днепропетровск: НМетАУ, 2014.-….. с.

Рассмотрены наиболее распространенные методики испытания металлов с целью определения нормируемых твердости, прочностных, пластических и вязких свойств. Приведены основные понятия, касающиеся свойств металлов, термины, определения, процессы и явления, относящиеся к процессам кристаллизации сталей и дефектности слитков, наиболее часто используемым на практике видам термической обработки (отжиги 1 и П рода) отливок и поковок, процессам фазовых превращений и структурообразования в Fe-C сплавах. Даны вопросы для самоконтроля полученных знаний.

Составители: Дейнеко Л.Н, Перчун Г.И., Мясоед Р.В., Бабаченко А.И., Борисенко А.Ю.

Рецензент Г.В. Левченко, д-р техн. наук, проф. (ИЧМ НАНУ)

Национальная металлургическая академия Украины

49600, г. Днепропетровск-5, пр. Гагарина, 4

____________________

ВВЕДЕНИЕ

При проведении исследований и создании новых технологических процессов и оборудования для их реализации в промышленности (или совершенствования существующих) перед учеными и производственниками стоят задачи достижения определенного уровня физических, химических, технологических, механических и эксплуатационных свойств в металле изделий для различных отраслей промышленности (металлургической, машиностроительной, судостроительной, ракетно- авиационной, строительной, текстильной, пищевой и др.) с целью повышения их конкурентоспособности при снижении себестоимости производства.

Физические свойства определяют поведение металлов и сплавов в тепловых, гравитационных, электромагнитных и радиационных полях.

К физическим относятся такие основные свойства металлов как плотность, теплоемкость, температура плавления, температурное расширение, магнитные характеристики, тепло- и электропроводность.

Химические свойства характеризуют способность металлов и сплавов вступать в химическое взаимодействие с другими веществами, сопротивляемость окислению, проникновению газов и химически активных веществ. Примером химического взаимодействия среды и металла является коррозия.

При конструировании и эксплуатации металлоизделий руководствуются в первую очередь механическими свойствами металлов и сплавов.

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться деформированию и разрушению под воздействием различного рода нагрузок (статических, динамических, циклических), в том числе в различных температурных условиях и средах. К основным нормируемым характеристикам механических свойств относятся:

прочностные –пределы пропорциональности; упругости; текучести; прочности;

-пластические - относительное удлинение и сужение;

-вязкие – ударная вязкость (работа разрушения, деленная на площадь поперечного сечения образца- как энергетическая характеристика), а также используется оценка вида излома ударных образцов, учитывающая долю (площадь) вязкой составляющей, В,%;

-твердость.

Технологические свойства металлов и сплавов характеризуют их способность к холодной и горячей обработке, в том числе технологичность при выплавке, горячем и холодном деформировании, обработке резанием, способностью к сварке и т.д.

К эксплуатационным свойствам металлов и сплавов относятся: износостойкость (способность сопротивляться изнашиванию); антифрикционность (способность материала снижать коэффициент трения); коррозионная стойкость; жаростойкость; окалиностойкость; хладостойкость и др.

На практике для достижения требуемого уровня свойств в металлоизделиях используют различные технологические приемы, к основным из которых относятся легирование и термическая (комбинированная) обработка металла на различных этапах его переделов. Легирующие элементы, используемые при производстве железо-углеродистых сплавов, являются дорогими и часто дефицитными. Поэтому широкое использование термической и комбинированных обработок в различных отраслях промышленности при производстве металлоизделий является одним из наиболее эффективных способов повышения конкурентоспособности продукции. Многие виды деталей из цветных и черных металлов и сплавов практически невозможно изготовить на нормируемый уровень эксплуатационных свойств без термической обработки (разупрочняющей или упрочняющей).

В настоящем методическом пособии рассмотрены наиболее часто используемые методики испытания металлов с целью определения нормируемых твердости, прочностных, пластических и вязких свойств; особенности кристаллизации сталей и сплавов, основой которых является железо, основные типы дефектов кристаллической решетки железа и слитка, основные параметры наиболее часто используемых на практике видов термической обработки (отжиги 1 и П рода) отливок и поковок, процессы фазовых превращений и структурообразование в Fe-C сплавах. Даны вопросы для самоконтроля полученных знаний.

……………………………………….

В учебно-методическом пособии использованы результаты квалификационной работы Кононенко А.А., Луценко О.В.

Дата добавления: 2014-10-23