Tratament chimico-termic si termomecanic. Prelucrarea termo-mecanica a metalelor si aliajelor Prelucrarea termo-mecanica a metalelor si aliajelor

:

SP 16.13330.2011 Structuri metalice;SP 128.13330.2012 Structuri din aluminiu;

1. Informații generale

Metalele, ca materiale, au un set de proprietăți valoroase pentru echipamentele de construcții - rezistență mare, ductilitate, sudabilitate, rezistență; capacitatea de a întări și de a îmbunătăți alte proprietăți sub influențe termomecanice și chimice.

Acest lucru determină utilizarea lor pe scară largă în construcții și în alte domenii ale tehnologiei.

Metalele pure sunt rareori folosite din cauza lipsei de rezistență, duritate și ductilitate ridicată. Sunt utilizate în principal sub formă de aliaje cu alte metale și nemetale, cum ar fi carbonul

Fierul și aliajele sale (oțel C2,14%, fontă C>2,14%) se numesc metale feroase, restul (Be, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn etc.) și aliajele lor - neferoase.

Metalele feroase sunt cele mai utilizate în construcții.

Costul lor este semnificativ mai mic decât cele colorate.

Cu toate acestea, acestea din urmă au o serie de proprietăți valoroase - rezistență specifică ridicată, ductilitate, rezistență la coroziune și caracter decorativ, care extind domeniul de aplicare a acestora în construcții, în primul rând piese arhitecturale și de construcție și structuri din aluminiu.

Clasificarea metalelor

Materiile prime pentru producerea metalelor feroase sunt minereurile de fier, reprezentate de minerale din clasa oxizilor - magnetit (FeFeO), hematit (FeO), cromit (FeCrO) etc.

Bauxita este folosită pentru a produce metale neferoase; minereuri sulfurate și carbonatice de cupru, nichel, zinc etc.

2. Structura cristalină atomică a metalelor

Metalele și aliajele în stare solidă sunt corpuri cristaline.

Atomii din ele sunt aranjați în mod regulat la locurile rețelei cristaline și vibrează cu o frecvență de aproximativ 10 Hz.

Legătura dintre metale și aliaje este electrostatică, cauzată de forțele de atracție și repulsie dintre ionii (atomi) încărcați pozitiv la nodurile rețelei cristaline și electronii de conducere colectivizați, a căror densitate este de 10-10 electroni pe 1 cm, care este de zeci de mii de ori mai mare decât conținutul de atomi și molecule din aer.

Proprietățile electromagnetice, optice, termice și alte proprietăți ale metalelor depind de proprietățile specifice ale electronilor de conducție.

Atomii din rețea tind să ocupe o poziție corespunzătoare minimului energiei sale, formând cele mai dense împachetare - centrat pe volum cubic, centrat pe față și hexagonal.

Numerele de coordonare (densitatea de ambalare) ale rețelelor cristaline. A)fata cubica centrata (K 12); b) centrat pe corp (K8);c) hexagonal (K 12)

Densitatea de împachetare este caracterizată de numărul de coordonare, care este numărul de atomi vecini aflați la o distanță egală și cea mai scurtă de un atom dat.

Cu cât numărul este mai mare, cu atât ambalajul este mai dens.

Pentru ambalarea cubică centrată pe corp este egală cu 8 (K8); centrat pe față - 12 (K12); hexagonal - tot 12 (K12).

Distanța dintre centrele celor mai apropiați atomi dintr-o rețea se numește perioadă rețelei.

Perioada de rețea pentru majoritatea metalelor este în intervalul 0,1-0,7 nm.

Multe metale, în funcție de temperatură, suferă modificări structurale în rețeaua lor cristalină.

Astfel, fierul la temperaturi sub 910 °C și peste 1392 °C are o ambalare centrată pe corp de atomi cu o perioadă de rețea de 0,286 nm și este denumit -Fe; în intervalul temperaturilor indicate, rețeaua cristalină de fier este rearanjată într-una centrată pe față cu o perioadă de 0,364 nm și este desemnată -Fe.

Recristalizarea este însoțită de eliberarea de căldură în timpul răcirii și absorbția în timpul încălzirii, care este înregistrată în diagrame de-a lungul secțiunilor orizontale.

Curba de răcire (încălzire) fierului

Metalele sunt corpuri policristaline formate dintr-un număr mare de cristale mici de formă neregulată

Spre deosebire de cristalele de formă regulată, ele sunt numite cristalite sau boabe.

Cristaliții sunt orientați diferit, prin urmare, în toate direcțiile, proprietățile metalelor sunt mai mult sau mai puțin aceleași, adică. solidele policristaline sunt izotrope.

Cu toate acestea, cu aceeași orientare a cristalitelor, o astfel de izotropie imaginară nu va fi observată.

Rețeaua cristalină a metalelor și aliajelor este departe de a fi o structură ideală.

Conține defecte - locuri libere și dislocații.

3. Bazele producției de fontă și oțel

Fontă se obtine in timpul unui proces de furnal bazat pe reducerea fierului din oxizii sai naturali continuti in minereurile de fier cu cocs la temperatura ridicata.

Coca-cola, atunci când este ars, formează dioxid de carbon.

La trecerea prin cocs fierbinte, acesta se transformă în monoxid de carbon, care reduce fierul în partea superioară a cuptorului conform schemei generale: FeOFeOFeOFe.

Căzând în partea inferioară fierbinte a cuptorului, fierul se topește în contact cu cocs și dizolvând-o parțial, se transformă în fontă.

Fonta finită conține aproximativ 93% fier, până la 5% carbon și o cantitate mică de impurități de siliciu, mangan, fosfor, sulf și alte elemente transferate în fontă din roca sterilă.

În funcție de cantitatea și forma de legare a carbonului și a impurităților cu fierul, fontele au proprietăți diferite, inclusiv culoare, fiind împărțite după acest criteriu în alb și gri.

Oţel obtinut din fonta prin indepartarea unei parti din carbon si impuritati din aceasta. Există trei metode principale de producție a oțelului: convertor, vatră deschisă și topire electrică.

Convertorul se bazează pe suflarea fontei topite în vase mari de transformare în formă de pară cu aer comprimat.

Oxigenul din aer oxidează impuritățile, transformându-le în zgură; carbonul se arde.

Când conținutul de fosfor din fontă este scăzut, convertoarele sunt căptușite cu materiale refractare acide, cum ar fi dinaziul; când conținutul de fosfor este mare, acestea sunt căptușite cu refractare bazice, periclazice.

În consecință, oțelul topit în ele se numește în mod tradițional Bessemer și Thomas.

Metoda convertorului se caracterizează printr-o productivitate ridicată, ceea ce a condus la utilizarea pe scară largă.

Dezavantajele sale includ creșterea deșeurilor metalice, contaminarea cu zgură și prezența bulelor de aer, care deteriorează calitatea oțelului.

Utilizarea exploziei de oxigen în loc de aer în combinație cu dioxid de carbon și vapori de apă îmbunătățește semnificativ calitatea oțelului convertor.

Metoda cu vatră deschisă se realizează în cuptoare speciale în care fonta este topită împreună cu minereu de fier și fier vechi.

Arderea impurităților are loc din cauza oxigenului aerului care intră în cuptor împreună cu gazele inflamabile și minereul de fier din compoziția oxizilor.

Compoziția oțelului poate fi controlată cu ușurință, ceea ce face posibilă producerea de oțeluri de înaltă calitate pentru structuri critice în cuptoare cu focar deschis.

Electrotopirea este cea mai avansată metodă de producere a oțelurilor de înaltă calitate cu proprietăți specificate, dar necesită un consum de energie sporit.

Conform metodei de conectare, cuptoarele electrice sunt împărțite în arc și inducție.

Cuptoarele cu arc sunt cele mai utilizate în metalurgie. Tipuri speciale de oțeluri sunt topite în cuptoare electrice - aliaj mediu și înalt, scule, rezistente la căldură, magnetice și altele.

4. Proprietăţile mecanice ale metalelor

Proprietățile mecanice sunt determinate pe baza rezultatelor testelor statice, dinamice și de oboseală (rezistență).

Static încercările se caracterizează prin aplicarea lentă și lină a sarcinii. Principalele sunt: ​​încercările de tracțiune, duritatea și tenacitatea la rupere.

Pentru încercări de tracțiuneutilizați mostre standard cu lungimea ecartatăeu= 10 dși zona 11.3 A Unde (dȘi A- respectiv, diametrul și aria secțiunii transversale a unui eșantion de produse lungi de secțiune transversală rotundă, pătrată sau dreptunghiulară.

Încercările se efectuează pe mașini de încercare la tracțiune cu înregistrarea automată a diagramei de tracțiune.

Figura 4 prezintă o astfel de diagramă pentru oțel cu carbon mediu.

Curba 1 caracterizează comportamentul unui metal sub influența tensiunilor convenționale =R/A iar curba 2 - sub influența tensiunilor adevărate, S=R/A, (Unde AȘi A- respectiv, aria secțiunii transversale a probei înainte de testare și la fiecare etapă de încărcare până la distrugere).

De obicei folosesc o diagramă de stres condiționat, deși curba este mai obiectivă2.

Diagrame de tracțiune metalice: a) pentru tensiuni condiționate (linii continue) și adevărate (linii întrerupte); / - zona de deformare elastică;// - acelasi plastic; /// - zona de dezvoltare a fisurilor; b) tensiuni conditionat adevarate

Limita elastică este determinată de solicitarea la care deformarea reziduală de alungire nu depășește 0,05%.

Limita de curgere este caracterizată de limita de curgere condiționată la care deformația reziduală nu depășește 0,2%.

Limita de curgere fizică corespunde efortului la care proba este deformată fără a crește în continuare sarcina.

Pentru materialele care sunt casante la încercare la tensiune, se folosesc teste statice pentru compresiune (pentru fontă), torsiune (pentru oțeluri călite și structurale) și încovoiere (pentru piese turnate din fontă cenușie și ductilă).

Duritatemetale testat prin presarea unei bile de oțel, a unui con de diamant sau a unei piramide sub o anumită sarcină și evaluat prin cantitatea de deformare plastică produsă (amprentă).

În funcție de tipul de vârf folosit și de criteriul de evaluare, se disting duritatea Brinell, Rockwell și Vickers.

Schema de determinare a duritatii . a) conform lui Brinell; b) conform lui Rockwell; c) conform lui Vickers

Duritatea Vickers este desemnată HV 5, HV 10 etc. Cu cât metalul și aliajul sunt mai subțiri și mai dure, cu atât sarcina de testare ar trebui să fie mai mică.

Pentru a determina microduritatea produselor mici și a componentelor structurale ale metalelor, metoda Vickers este, de asemenea, utilizată în combinație cu un microscop metalografic.

Testarea metalelor pentru tenacitatea la rupere se efectuează pe probe standard cu o crestătură sub îndoire în trei puncte.

Metoda vă permite să evaluați rezistența unui metal la propagarea, mai degrabă decât inițierea, a unei fisuri sau a unui defect asemănător fisurii de orice origine, care este întotdeauna prezent în metal.

Duritatea la fractură este estimată de parametruLA,reprezentând factorul de intensitate a tensiunii sau creșterea locală a tensiunilor de tracțiune (MPa) la vârful fisurii.

Dinamic Testarea metalelor se efectuează pentru îndoirea la impact sub încărcare ciclică alternativă. Probele de metal care măsoară (1x1x5,5)10 m cu un concentrator de tensiuni (crestătură) în mijloc sunt testate pentru îndoire la impact.

Testul se efectuează pe un driver de piloți cu pendul. Rezistența unui metal la îndoire la impact se numește rezistență la impact și este desemnatăKSU, KSVȘi KST(Unde KS- simbol al rezistenței la impact șiU, VȘi T -tipul și dimensiunea concentratorului de tensiune).

Rezistența unui metal la încărcarea ciclică este caracterizată de solicitarea maximă pe care metalul o poate suporta fără distrugere pentru un număr dat de cicluri și se numește limită de anduranță. Se folosesc cicluri de încărcare simetrice și asimetrice.

Limita de anduranță este redusă brusc în prezența concentratoarelor de stres.

5. Cristalizarea și compoziția de fază a aliajelor fier-carbon

Cristalizarea se dezvoltă numai atunci când metalul este suprarăcit sub temperatura de echilibru.

Procesul de cristalizare începe cu formarea nucleelor ​​cristaline (centri de cristalizare) și continuă pe măsură ce cresc.

În funcție de condițiile de cristalizare (viteza de răcire, tipul și cantitatea de impurități), se formează cristale de diferite dimensiuni de la 10 la 10 nm de formă regulată și neregulată.

În aliaje, în funcție de stare, se disting următoarele faze: soluții lichide și solide, compuși chimici și intermediari (faze interstițiale, conexiuni electronice etc.).

O fază este o parte omogenă din punct de vedere fizic și chimic a unui sistem (metal sau aliaj), având aceeași compoziție, structură, aceeași stare de agregare și separată de restul sistemului printr-o suprafață de separare.

Prin urmare, metalul lichid este un sistem monofazat, iar un amestec de două cristale diferite sau existența simultană a unei topituri lichide și, respectiv, a cristalelor, sunt sisteme cu două și trei faze.

Substanțele care formează aliaje se numesc componente

Soluțiile solide sunt faze în care unul dintre componentele aliajului își păstrează rețeaua cristalină, iar atomii altuia sau altor componente sunt situați în rețeaua cristalină a primului component (solvent), modificându-i dimensiunile (perioadele).

Se face o distincție între soluțiile solide substituționale și interstițiale.

În primul caz, atomii componentei dizolvate înlocuiesc o parte din atomii de solvent în locurile rețelei sale cristaline; în al doilea, ele sunt situate în interstițiile (golurile) rețelei cristaline a solventului, iar în acelea dintre ele unde există mai mult spațiu liber.

În soluțiile de substituție, parametrul rețelei poate crește sau scădea în funcție de raportul dintre razele atomice ale solventului și componenta dizolvată; în soluţiile de implantare – cresc întotdeauna.

Soluțiile solide interstițiale apar numai în cazurile în care diametrele atomilor componentei dizolvate sunt mici.

De exemplu, în fier, molibden și crom, carbonul, azotul și hidrogenul se pot dizolva și forma soluții solide interstițiale. Astfel de soluții au o concentrație limitată, deoarece numărul de pori din rețeaua solventului este limitat.

6. Modificarea structurii și proprietăților oțelului

Proprietatea aliajelor fier-carbon de a suferi transformări de fază în timpul cristalizării și încălzirii-răcirii repetate, de a modifica structura și proprietățile sub influența influențelor termomecanice și chimice și a impurităților modificatoare este utilizată pe scară largă în metalurgie pentru a obține metale cu proprietățile dorite.

La dezvoltarea și proiectarea structurilor din oțel și beton armat ale clădirilor și structurilor, echipamentelor și mașinilor tehnologice (autoclave, cuptoare, mori, conducte sub presiune și fără presiune pentru diverse scopuri, matrițe metalice pentru fabricarea produselor de construcție, mașini de construcție etc.) , este necesar să se țină cont de condițiile climatice, tehnologice și de urgență ale acestora.

Temperaturile negative scăzute scad pragul de fragilitate la rece, rezistența la impact și duritatea la rupere.

Temperatura ridicată reduce modulul elastic, rezistența la tracțiune și limita de curgere, care se manifestă în mod clar, de exemplu, în timpul incendiilor

La 600 °C, oțelul, iar la 200 °C, aliajele de aluminiu, se transformă complet în stare plastică, iar structurile sub sarcină își pierd stabilitatea.

Acesta este motivul pentru care structurile metalice neprotejate au o rezistență relativ mică la foc.

Echipamente tehnologice - cazane, conducte, autoclave, matrițe metalice, precum și armarea structurilor din beton armat, expuse constant în timpul procesului de producție la încălzire ciclică - răcire în intervalul de temperatură de 20-200 ° C sau mai mult, experimentează îmbătrânire termică și scăzută. -revenirea la temperatură, adesea agravată de coroziune, de care este necesar să se țină cont la alegerea calităților de oțel pentru scopuri specifice.

Principalele metode de modificare a structurii și proprietăților oțelului utilizat în metalurgie sunt:

Introducerea în metalul topit a unor substanțe care formează compuși refractari, care sunt centre de cristalizare;

Introducerea elementelor de aliere care măresc rezistența rețelelor cristaline de ferită și austenită, încetinind procesele de difuzie ale eliberării carbonului, carburilor și mișcarea dislocațiilor;

Tratamentul termic și termomecanic al oțelului.

Acestea vizează în principal măcinarea boabelor de oțel răcit, înlăturarea tensiunilor reziduale și creșterea omogenității sale chimice și fizice.

Ca urmare, călibilitatea oțelului crește; duritatea, pragul de fragilitate la rece, fragilitatea temperării, tendința de îmbătrânire termică și de deformare sunt reduse, iar proprietățile plastice ale oțelului sunt îmbunătățite.

Caracteristicile specifice ale acestor metode sunt discutate mai jos.

Elementele de aliere sunt introduse în oțelurile de structură.

Fiind elemente formatoare de carburi, acestea servesc simultan ca aditivi modificatori care asigură nuclearea și rafinarea granulelor de oțel în timpul cristalizării topiturii.

În clasele de oțel aliat, tipul și conținutul elementelor de aliere sunt indicate prin litere și cifre în dreapta literelor.

Ele indică conținutul aproximativ (%) al elementului de aliere; absența cifrelor înseamnă că nu depășește 1,5%.

Denumirile acceptate ale elementelor de aliere: A - azot, B - niobiu, B - wolfram, G - mangan, D - cupru, E - seleniu, K - cobalt, N - nichel, M - molibden, P - fosfor, P - bor, C - siliciu, T - titan, F - vanadiu, X - crom, C - zirconiu, Ch - pământuri rare, Yu - aluminiu.

Elementele de aliere, dizolvate în ferită și austenită, reduc dimensiunea granulelor și particulele fazei de carbură.

Situate de-a lungul granițelor de cereale, ele împiedică creșterea acestora, difuzia carbonului și a altor elemente de aliere și cresc rezistența austenitei la suprarăcire.

Prin urmare, oțelurile slab aliate au o structură cu granulație fină și indicatori de calitate superioară.

Prelucrarea termică și termomecanică sunt metode comune pentru modificarea structurii și îmbunătățirea proprietăților oțelului.

Se disting următoarele tipuri: recoacere, normalizare, călire și revenire. Recoacerea include procesele de omogenizare, recristalizare și îndepărtare a tensiunilor reziduale.

Intervalele de temperatură pentru diferite tipuri de recoacere: 1 - omogenizare; 2 - recoacere de recristalizare la temperatură joasă (călire ridicată) pentru a reduce duritatea; 3 - recoacere (caire) pentru ameliorarea tensiunilor; 4 - recoacere completă cu recristalizare în fază; 5, 6 - normalizarea oțelului pre- și hipereutectoid; 7 - sferoidizare; 8 - recoacerea incompletă a oțelului hipoeutectoid

Lingourile de oțel aliat sunt supuse omogenizării la 1100-1200 °C timp de 15-20 de ore pentru a nivela compoziția chimică, pentru a reduce segregarea dendritică și intracristalină, ceea ce provoacă rupere fragilă în timpul tratamentului sub presiune, anizotropie a proprietăților, formarea de fulgi și structura cu granulație grosieră. .

Recoacere prin recristalizare se foloseste pentru a indeparta intarirea metalului deformat prin incalzirea acestuia peste temperatura pragului de recristalizare, mentinerea acestuia la aceasta temperatura si racirea acestuia.

Sunt deformari reci si calde (calde).

La rece se efectuează la o temperatură sub pragul de recristalizare și la cald - deasupra.

Recristalizarea în timpul deformării la rece se numește statică, iar în timpul deformării la cald se numește dinamică, caracterizată prin „călire prin muncă la cald” reziduală, utilă pentru călirea din încălzirea laminare.

Recoacerea pentru ameliorarea tensiunilor reziduale se efectuează la 550...650 °C timp de câteva ore. Previne deformarea produselor sudate după tăiere, îndreptare etc.

Normalizarea implică încălzirea produselor laminate lungi din oțel structural pre- și hipereutectoid, menținerea pe termen scurt și răcirea în aer.

Determină recristalizarea completă în fază a oțelului, ameliorează tensiunile interne, crește ductilitatea și tenacitatea.

Răcirea accelerată în aer duce la descompunerea austenitei la temperaturi mai scăzute.

Normalizarea este utilizată pe scară largă pentru a îmbunătăți proprietățile oțelurilor de construcție cu conținut scăzut de carbon, înlocuind recoacerea. Pentru oțelurile cu carbon mediu și aliate se combină cu revenire ridicată la temperaturi sub pragul de recristalizare

Călirea și revenirea asigură o îmbunătățire a rezistenței și proprietăților ductil-ductile ale oțelului, o scădere a pragului de fragilitate la rece și a sensibilității la concentratorii de tensiuni.

Călirea constă în încălzirea oțelului, menținerea acestuia până când oțelul este complet austenit și răcirea lui într-un ritm care asigură trecerea austenitei la martensită.

Prin urmare, rețeaua cristalină a martensitei este foarte distorsionată și suferă stres din cauza caracteristicilor structurale și o creștere a volumului specific al martensitei în comparație cu austenita cu 4...4,25%.

Martensita este fragilă, dură și durabilă. Cu toate acestea, o transformare martensitică destul de completă este posibilă numai pentru oțelurile cu conținut ridicat de carbon și aliate, care au stabilitate crescută a austenitei suprarăcite.

În oțelurile de construcție cu conținut scăzut de carbon și slab aliate este mic și, prin urmare, în timpul călirii, chiar și cu răcirea rapidă cu apă, martensita fie nu se formează, fie se formează în cantități mai mici în combinație cu bainita.

Odată cu răcirea rapidă a oțelurilor de construcție cu conținut scăzut de carbon (C0,25%) (stingerea prin încălzire prin laminare), austenita se descompune și formarea unei structuri feritic-cementite foarte dispersate de perlit-sorbit și troostită sau martensită și cementită cu conținut scăzut de carbon.

Această structură se numește bainită.

Are rezistență, duritate și rezistență crescute în comparație cu produșii de descompunere ai austenitei din regiunea perlită - sorbitol și proostită, menținând în același timp plasticitate ridicată, vâscozitate și un prag de capacitate la rece mai scăzut.

Consolidarea oțelului prin călire de la încălzirea laminare se datorează faptului că recristalizarea dinamică în timpul încălzirii laminare este incompletă și bainita moștenește o densitate mare a dislocațiilor formate în austenita deformată.

Combinația dintre deformarea plastică a oțelului în stare austenitică cu călirea și revenirea poate crește semnificativ rezistența, ductilitatea și tenacitatea acestuia și poate elimina tendința de temperare a fragilității, care se observă în timpul călirii la temperatură medie a oțelului aliat la 300...400 °C.

Călirea este operația finală de tratare termică a oțelului, după care acesta capătă proprietățile necesare.

Constă în încălzirea oțelului călit, menținerea acestuia la o temperatură dată și răcirea la o anumită viteză.

Scopul călirii este de a reduce nivelul tensiunilor interne și de a crește rezistența la rupere.

Există trei tipuri de el: la temperatură scăzută (scăzută) cu încălzire până la 250 °C; temperatură medie (medie) cu încălzire în intervalul 350-500 °C și temperatură ridicată (înaltă) cu încălzire la 500-600 °C.

Îmbătrânirea oțelului carbon se manifestă prin modificări ale proprietăților sale în timp, fără modificări vizibile ale microstructurii.

Rezistența și pragul de fragilitate la rece cresc, ductilitatea și rezistența la impact scad.

Se cunosc două tipuri de îmbătrânire - termică și de deformare (mecanică).

Îmbătrânirea prin deformare (mecanică) are loc după deformarea plastică la o temperatură sub pragul de recristalizare.

Motivul principal pentru acest tip de îmbătrânire este și acumularea atomilor de C și N pe dislocații, ceea ce împiedică mișcarea acestora.

Constructorii se confruntă cu apariția fragilității și îmbătrânirii oțelului atunci când folosesc metoda electrotermică de armătură de tensionare în procesul de fabricare a structurilor din beton armat precomprimat.

7. Fontă

După cum sa menționat mai sus, aliajele fier-carbon care conțin mai mult de 2,14% C sunt numite fontă.

Prezența eutecticului în structura fontei determină utilizarea sa exclusiv ca aliaj de turnare. Carbonul din fontă poate fi sub formă de cementit și grafit sau sub ambele forme simultan.

Cementitul confera fracturii o culoare deschisa si stralucire caracteristica; grafit - culoare gri fără strălucire.

Fonta, în care tot carbonul este sub formă de cementit, se numește albă, iar sub formă de cementit și grafit liber - gri

În funcție de forma grafitului și de condițiile de formare a acestuia, acestea se disting: gri, de înaltă rezistență cu grafit nodular și fontă maleabilă.

Compoziția de fază și proprietățile fontei sunt influențate decisiv de conținutul de carbon, siliciu și alte impurități din ea, precum și de modul de răcire și recoacere.

Influența conținutului de carbon și siliciu asupra structurii fontei (zona umbrită - cele mai comune fonte):

I - zona fonta alba; II - jumătate din fontă; III - fontă cenușie perlitică; IV - fonta feritic-perlita; V - fontă cenușie feritică;L - ledeburit; P - perlit; C - cementită; G - grafit; F - ferită

Fonta albă are duritate și rezistență ridicate (HB 4000-5000 MPa), este dificil de prelucrat și este fragilă.

Folosit ca agent de conversie pentru oțel sau fontă ductilă.

Fonta albită are o structură de culoare albă în stratul de suprafață și fontă cenușie în miez, ceea ce conferă produselor fabricate din aceasta rezistență sporită la uzură și rezistență.

Compoziția aproximativă a fontei albe: C = 2,8-3,6%; Si=0,5-0,8%; Mn=0,4-0,6%.

Fonta cenușie este un aliaj Fe-Si-C, cu impurități inevitabile de Mn, P și S.

Cele mai bune proprietăți sunt posedate de fontele hipoeutectice care conțin 2,4-3,8% C, din care o parte, până la 0,7%, este sub formă de cementită.

Siliciul favorizează grafitizarea fontei, manganul, dimpotrivă, o împiedică, dar crește tendința fontei de a se înălbi.

Sulful este o impuritate dăunătoare care afectează proprietățile mecanice și de turnare ale fontei.

Fosforul în cantitate de 0,2-0,5% nu afectează grafitizarea, crește fluiditatea, dar crește fragilitatea fontei.

Proprietățile mecanice și plastice ale fontei sunt determinate de structura acesteia, în principal de componenta de grafit. Cu cât sunt mai puține incluziuni de grafit, cu atât sunt mai mici, mai ramificate și mai izolate unele de altele, cu atât fonta este mai puternică și mai ductilă.

Structura bazei metalice din fontă este oțel hipoeutectoid sau eutectoid, adică. ferita + perlita sau perlit. Fonta cenușie cu structură perlită a unei baze metalice de compoziție aproximativă: C = 3,2-3,4% are cea mai mare rezistență, duritate și rezistență la uzură; Si - 1,4-2,2%; Mn=0,7-1,0%; P, S 0,15-0,2%.

Influența bazei metalice și a formei incluziunilor de grafit asupra proprietăților mecanice și tehnologice ale fontelor

Proprietăți fizico-mecanice ale fontelor de diferite structuri

Incluziunile de grafit, deși reduc drastic rezistența la tracțiune a fontei cenușii, nu au practic niciun efect asupra rezistenței la compresiune, rezistenței la încovoiere și durității acesteia; faceți-l insensibil la concentratorii de stres, îmbunătățiți prelucrabilitatea.

Fonta gri este marcată cu literele C - gri și H - fontă.

Numerele de după ele indică rezistența medie la rupere (kg/mm).

Fonta perlitică include fonta modificată din clasele SCh30-SCh35, care conține aditivi modificatori - grafit, ferosiliciu, silicocalciu în cantitate de 0,3-0,8% etc.

Pentru a reduce tensiunile interne, piesele turnate sunt recoapte la 500-600 °C, urmate de răcire lentă.

Modificarea și recoacere cresc ductilitatea, duritatea și rezistența fontei

Când magneziul este introdus în compoziția fontei cenușii în timpul topirii acesteia într-o cantitate de 0,03-0,07%, grafitul în timpul procesului de cristalizare capătă o formă sferică în loc de una lamelară.

O astfel de fontă are o rezistență ridicată, comparabilă cu rezistența oțelului turnat, proprietăți bune de turnare și ductilitate, prelucrabilitate și rezistență la uzură.

Gradele de fontă de înaltă rezistență sunt desemnate prin litere și cifre.

Acestea din urmă înseamnă rezistența temporară la tracțiune (kg/mm) și alungirea relativă (%).

Fonta maleabilă este produsă prin încălzirea prelungită (coacerea) a pieselor turnate din fontă albă.

Recoacerea se efectuează în două etape cu menținerea în fiecare dintre ele până la descompunerea completă a ledeburitului (etapa I), a austenitei și cementitei (etapa II) și formarea feritei și grafitului.

Acesta din urmă este eliberat sub formă de fulgi, dând fontei o ductilitate ridicată.

Fractura sa este de culoare neagră catifelată.

Dacă răcirea este accelerată, se formează fontă maleabilă cu o bază de perlit, care reduce ductilitatea și dă fracturii un aspect ușor (oțel). Este marcat în același mod ca fonta de înaltă rezistență.

Termenul „fontă maleabilă” este condiționat și caracterizează plasticul, nu proprietățile tehnologice ale fontei, deoarece produsele fabricate din aceasta, ca și alte fonte, sunt produse prin turnare și nu prin forjare.

Toate tipurile de fontă cu incluziuni de grafit luate în considerare sunt utilizate în construcții.

Fontele cenușii se folosesc în structurile supuse sarcinilor statice (stâlpi, plăci de fundație, plăci de susținere pentru ferme, grinzi, conducte de canalizare, cămine de vizitare, supape); Fontele de înaltă rezistență și maleabile, care au rezistență, ductilitate și tenacitate crescute, sunt utilizate în structurile supuse sarcinilor dinamice și vibraționale și uzurii (pardoseli ale clădirilor industriale, fundații ale echipamentelor grele de forjare și presare, suporturi sub ferme de cale ferată și poduri rutiere, tuburi pentru fixarea tunelurilor critice de transport subteran, la munte).

8. Metale neferoase

Dintre metalele neferoase, aluminiul este cel mai utilizat în construcții, deoarece are rezistență specifică ridicată, ductilitate, rezistență la coroziune și eficiență economică.

Argintul, aurul, cuprul, zincul, titanul, magneziul, staniul, plumbul și altele sunt utilizate în principal ca aditivi de aliaje și componente ale aliajelor și, prin urmare, au o utilizare specială și limitată în construcții (tipuri speciale de sticlă, obiecte unice - memoriale pe Mamayev Kurgan din Volgograd, pe dealul Poklonnaya, un obelisc în onoarea cuceririi spațiului din Moscova și altele, în care titanul, cuprul și aliajele lor sunt utilizate pe scară largă; supape de închidere și control și dispozitive pentru instalații sanitare, încălzire, sisteme electrice a clădirilor și structurilor).

În forma lor pură, metalele neferoase, cum ar fi fierul, sunt rareori folosite datorită rezistenței și durității lor scăzute.

Aluminiu- metal alb-argintiu, densitate 2700 kg/m și punct de topire 658 °C. Rețeaua sa cristalină este un cub centrat pe față cu o perioadă de 0,40412 nm.

Boabele de aluminiu reale, ca și boabele de fier, au o structură în bloc și defecte similare - locuri libere, atomi interstițiali, dislocații, limite de unghi joase și înalte între boabe.

O creștere a rezistenței se realizează prin alierea Mg, Mn, Cu, Si, Al, Zn, precum și prin deformare plastică (frettening), întărire și îmbătrânire. Toate aliajele de aluminiu sunt împărțite în forjat și turnat.

Aliajele forjate, la rândul lor, se împart înîntărit termic și necălit .

Aliajele întăribile termic includ Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg; neîntărire termic - aluminiu tehnic și aliaje bicomponente Al-Mn și Al-Mg (magnalium).

Cupru- principalul aditiv de aliere al aliajelor - duraluminiu, crește rezistența, dar reduce ductilitatea și proprietățile anticorozive ale aluminiului.

Manganul și magneziul cresc rezistența și proprietățile anticorozive; siliciul este fluid și fuzibil, dar afectează ductilitatea.

Zincul, în special cu magneziu, mărește rezistența, dar reduce rezistența la coroziune.

Pentru a îmbunătăți proprietățile aliajelor de aluminiu, în ele sunt introduse cantități mici de crom, vanadiu, titan, zirconiu și alte elemente. Fierul (0,3-0,7%) este o impuritate nedorită, dar inevitabilă.

Raportul dintre componentele din aliaje este selectat pe baza condițiilor pentru ca acestea să obțină rezistență ridicată, lucrabilitate și rezistență la coroziune după tratamentul termic și îmbătrânirea.

Aliajele sunt desemnate prin grade care au denumiri alfabetice și numerice care caracterizează compoziția și starea aliajului: M - recoacet (moale); N - harnic; H2 - semicălit; T - întărit și îmbătrânit natural; T1 - întărit și îmbătrânit artificial; T4 - neîntărit complet și îmbătrânit artificial.

Călirea și semicălirea sunt caracteristice aliajelor neîntăritoare termic; întărire și îmbătrânire – pentru cele călite termic.

Mărci de aluminiu tehnic: AD, AD1 (A - aluminiu, D - aliaj de tip duraluminiu, 1 - caracterizează gradul de puritate al aluminiului - 99,3%; în gradul AD - 98,8 A1); de înaltă rezistență - B95, B96, forjare - AK6, AK8 (numerele indică conținutul total de elemente de aliere principale și suplimentare din aliaj (%).

Mărci de aliaje de aluminiu care nu se întăresc termic: AD1M, AMtsM, AMg2M, AMg2N2 (M - moale, Mts - mangan, Mg2 - magneziu cu un conținut de 2% în aliaj).

Denumirea digitală a claselor de aliaje de aluminiu: 1915, 1915T, M925, 1935T (prima cifră indică baza aliajului - aluminiu; a doua - compoziția componentelor; 0 - aluminiu pur tehnic, 1 - Al-Cu-Mg, 3 - Al-Mg-Si, 4 - Al-Mn, 5-Al-Mg, 9 - Al-Mg-Zn; ultimele două sunt numărul de serie al aliajului din grupa lor).

Principalele tipuri de tratament termic al aliajelor de aluminiu sunt recoacerea, călirea și îmbătrânirea (călirea)

Recoacerea are loc fără transformări de fază și este utilizată pentru a elimina stresul rezidual, omogenizarea, recristalizarea și recuperarea.

În acest din urmă caz, proprietățile fizice și mecanice inițiale ale aliajului sunt restaurate, rezistența este redusă, iar ductilitatea și tenacitatea, necesare în scopuri tehnologice, sunt crescute.

9. Armatura din otel pentru structuri din beton armat

Pentru armarea structurilor din beton armat se folosesc armarea cu tije si sarma a profilelor netede si periodice si a cablurilor din oteluri cu continut redus de carbon si slab aliate, intarite prin intarire cu incalzire la rulare, deformare la rece sau la cald.

Aceste cerințe sunt în mare măsură îndeplinite de tijă de înaltă rezistență (A-1V - AV1; At-1VC(K) - At-V1C(K), etc.), sârmă (B-II, BP-II) și frânghie (K- 7, K-9) armătură cu o limită de curgere de 590-1410 MPa și, respectiv, o alungire relativă de 8-14%, utilizată pentru fabricarea structurilor din beton armat precomprimat.

În același timp, împreună cu creșterea rezistenței și a rezistenței la fisuri a structurilor cu 20-30%, consumul de oțel de armare este redus în comparație cu A-I neprecomprimat (A-240), A-II (A-300), A. -III (A-400), VR-I.

Cu toate acestea, din punct de vedere al comportamentului la coroziune, armătura de înaltă rezistență, în special armătura precomprimată, este potențial mai vulnerabilă.

Comportarea la coroziune a armăturii din beton se caracterizează în principal prin modificări ale rezistenței, ductilității și naturii ruperii acestuia, precum și adâncimea deteriorării coroziunii (mm/an) sau pierderea de masă (g/m zi sau g/m h)

Starea pasivă a armăturii în beton, predispusă termodinamic la reacții de oxidare, este asigurată de natura foarte alcalină a mediului (pH12) și de un strat protector de beton destul de gros (0,01-0,035 m) și dens.

În conformitate cu teoria filmului de oxid, starea pasivă de armare într-un mediu oxidant are loc datorită formării unei pelicule subțiri de oxid pe suprafața metalului.

Potențialul de echilibru pentru formarea unui astfel de film este pozitiv și este de aproximativ 0,63 V, iar pentru fier în stare activă este de aproximativ 0,4 V.

De îndată ce polarizarea zonelor anodice ale metalului atinge potențialul de formare a unui film de oxid, densitatea curentului de dizolvare scade brusc și metalul trece într-o stare pasivă.

Acest potențial caracteristic se numește potențial Flade..

Pasivizarea armăturii în beton la o temperatură de 20±5 °C se finalizează după 32-36 de ore, nu numai cu o suprafață curată, ci și cu rugină.

Cu toate acestea, valoarea pH-ului mediului caracterizează în mod ambiguu starea armăturii din beton; este determinată în mare măsură de prezența ionilor de activare, care mută potențialul de dizolvare a metalului în partea negativă; metalul intră apoi într-o stare activă.

Este posibil să se judece în mod obiectiv starea electrochimică a armăturii din beton numai după polarizabilitatea acestuia, adică. modificări ale potenţialului electrodului şi densităţii curentului.

Nu toate betoanele sunt caracterizate de o valoare ridicată a pH-ului.

În autoclav, gips și beton cu aditivi minerali activi din momentul fabricării lor pH<12.

Într-un astfel de beton, armătura necesită un strat protector.

Depasivarea armăturii poate apărea și în stratul protector carbonizat al betonului (unde este amplasată armătura), în special în locurile de fisuri, care trebuie luate în considerare la atribuirea grosimii și densității stratului protector în funcție de tipul, scopul, condițiile de funcționare și durata de viață a structurilor din beton armat.

Deteriorarea localizată prin coroziune a suprafeței metalice acționează în mod similar cu factorii de creștere a tensiunii.

În oțelurile moale ductile, în apropierea centrelor acestor leziuni are loc o redistribuire a tensiunii, drept urmare proprietățile mecanice ale oțelurilor practic nu se modifică.

În oțelurile de înaltă rezistență, cu ductilitate scăzută, cu profil neted și periodic, de exemplu, B-II și BP-II, care suferă solicitări de tracțiune aproape de limita de curgere (și din acest motiv sunt mai puțin susceptibile la polarizare anodică), deteriorarea locală a coroziunii provoacă o concentrație mare de tensiuni slab relaxante și probabilitatea fracturii fragile devin.

Așadar, oțelurile de armare de înaltă rezistență recomandate pentru structurile precomprimate sunt, de regulă, aliate complexe, supuse tratamentului termic și termomecanic, normalizării și revenirii înalte, la 600-650 °C.

Introducerea unor cantități mici de aditivi de aliere Cr, Mn, Si, Cu, P, Al și alții în oțelurile de armare, împreună cu tratamentul termic și termomecanic, îmbunătățește semnificativ proprietățile mecanice și anticorozive ale oțelurilor de 2-3 ori

10. Structuri metalice

Principalele forme și scopuri structurale ale structurilor din oțel sunt:clădiri industriale, cadre și acoperiri lungi ale clădirilor publice, poduri și pasageri, turnuri și catarge, vitralii, umpluturi de ferestre și uși, tavane suspendate si etc.

Elementele primare ale structurilor clădirii sunt:

Tablă groasă de oțel laminată la cald de 4-160 mm grosime, 6-12 m lungime, 0,5-3,8 m lățime, furnizată sub formă de table și role; laminate subțiri la cald și la rece, până la 4 mm grosime în rulouri; flanșă lată universală, grosime 6-60 mm, laminată la cald cu margini prelucrate, aliniate;

Profil de oțel - unghiuri, canale, grinzi în I, grinzi în T, țevi etc., din care sunt asamblate diverse secțiuni simetrice, asigurând stabilitate și eficiență sporită a structurilor;

Țevi rotunde fără sudură laminate la cald cu diametrul de 25-550 mm și grosimea peretelui de 2,5-75 mm pentru suporturi radio și televiziune;

Țevi rotunde sudate electric, cu diametrul de 8-1620 mm și grosimea peretelui de 1-16 mm; sectiune patrata si dreptunghiulara cu dimensiunile laterale de la 60 la 180 mm si grosimea peretelui de la 3 la 8 mm. Țevile sunt utilizate în structuri ușoare de acoperiș, pereți cu semi-cherestea, rame, vitralii;

Profile formate la rece din bandă sau bandă cu grosimea de 1-8 mm. Domeniul lor principal de aplicare este structurile de acoperiș ușoare și economice ale clădirii;

Profile pentru diverse scopuri - rame de ferestre, uși și felinare, șine de macara, pardoseală din profil galvanizat, frânghii de oțel și sârmă de înaltă rezistență pentru acoperișuri agățate și cu oțel, poduri, catarge, structuri de acoperiș precomprimate, țevi, rezervoare etc.

Principalele tipuri de profile laminate. a) tabla de otel; b) profile de colt; c) canal; d), e), f) grinzi în I cu lățimi diferite ale flanșei; g) grinzi în I cu pereți subțiri și canale; h) țevi fără sudură și sudate electric

Tipuri de profile formate la rece din bandă sau bandă de oțel cu o grosime de la 1 la 8 mm. a) unghiuri inegale și egale; b) canale; c) secţiunea arbitrară

Lista de profile laminate care indică forma, dimensiunile, greutatea unitară și toleranțele se numește sortiment

Profilele cu pereți subțiri sunt cele mai economice.

Fragmente de stâlpi, grinzi de macara și de pod, ferme, pane, arcade, acoperiri cilindrice și de cort și alte structuri sunt realizate din elemente primare în fabrică, care sunt apoi mărite în blocuri și montate pe șantier.

Producția și montarea structurilor metalice este realizată de fabrici specializate și organizații de instalații care asigură o productivitate ridicată și calitate a produselor și a instalării.

În funcție de destinația și condițiile de funcționare ale structurilor metalice, de gradul de responsabilitate al clădirilor și structurilor, se recomandă utilizarea diferitelor categorii de oțel, ținând cont de rezistența acestora la frig la temperaturile exterioare de iarnă de proiectare.

Toate tipurile de structuri sunt împărțite în 4 grupe, cerințele pentru care și, în consecință, gradele de oțel scad de la prima la a patra grupă.

Și dacă în primele trei dintre ele, oțelurile aliate complexe, care sunt bine sudabile și rezistente la frig, sunt recomandate pentru principalele structuri critice, atunci în a patra grupă pentru structuri auxiliare - oțelurile obișnuite VSt3sp (ps) (kp).

Aliarea oțelurilor cu cantități mici de cupru, fosfor, nichel, crom (de exemplu, oțeluri din prima și a doua grupă, 15G2AFDps, 10HSND, 10KHNDP, 12GN2MFAYu etc.) este deosebit de eficientă în protejarea lor împotriva coroziunii atmosferice.

Capacitatea oțelurilor slab aliate de a forma pelicule protectoare dense de rugină, constând din FeOOH amorf, a condus la crearea așa-numitelor cartene.

Sunt utilizate pentru structurile clădirilor industriale, poduri, suporturi și alte structuri care funcționează în condiții atmosferice. Karten nu necesită vopsire și nu se corodează pe toată durata de viață a structurilor. Proprietățile protectoare ale peliculei sunt îmbunătățite prin umezirea și uscarea periodică.

Compoziţia tipică de cartenă este 0,09% C şi P; 0,4% Mn şi Cu; 0,8% Cr și 0,3% Ni.

11. Structuri din aluminiu

Începutul utilizării aluminiului în construcții poate fi considerat instalarea unei cornișe de aluminiu pe clădirea Life din Montreal în 1896 și a unui acoperiș de aluminiu pe două clădiri religioase din Roma în 1897-1903.

În timpul reconstrucției podului orașului din Pittsburgh (SUA) în 1933, pentru prima dată, elementele portante ale drumului podului au fost realizate din canale și foi de aluminiu, care au fost folosite cu succes timp de 34 de ani.

În construcția casnică, structurile din aluminiu au fost folosite pentru prima dată la începutul anilor cincizeci în echipamentele stației de cercetare de la Polul Nord și clădirea de alpinism din Caucaz.

Aluminiul a devenit mai larg utilizat în străinătate, până la 27% din consumul total de aluminiu în aceste țări fiind folosit în sectorul construcțiilor.

Producția de structuri de construcție din aluminiu în ele este concentrată în fabrici mari specializate, cu o capacitate de 30-40 de mii de tone pe an, asigurând producția unei varietăți de produse de înaltă calitate.

Cele mai eficiente dintre ele sunt:panouri de pereți exteriori și acoperiri fără rame, tavane suspendate, structuri prefabricate și din tablă.

O parte semnificativă a efectului economic se realizează prin reducerea costurilor de transport și operare datorită rezistenței crescute la coroziune și ușurinței structurilor din aluminiu în comparație cu structurile similare din oțel și beton armat.

Utilizarea aluminiului în structurile portante nu este fezabilă din punct de vedere economic, cu excepția acoperirilor de lungă durată și a cazurilor de agresivitate crescută a mediului.

Acest lucru se datorează modulului scăzut de elasticitate al aluminiului, drept urmare este necesară creșterea dimensiunilor secțiunii transversale ale elementelor și structurilor în sine pentru a asigura rigiditatea și stabilitatea lor necesară.

Acest lucru subutiliza rezistența aluminiului.

În plus, aluminiul are rezistență redusă la ciclu și rezistență la temperatură în comparație cu oțelul.

Aceste neajunsuri pot fi depășite (ținând cont de proprietățile plastice ridicate ale aluminiului) prin crearea spațială, inclusiv a structurilor de tijă și suspendare, folosind elemente îndoite, ștanțate și foi ondulate, care îndeplinesc simultan funcții de închidere și putere.

Profile îndoite din aluminiu din foi laminate. a) tije simple deschise; b) tije complexe deschise; c) table ondulate cu diferite forme de ondulare (1 - canelat; 2 - membrana; 3 - ondulat; 4 - nervurat; 5 - jgheab); d), e) profile închise cu mai multe cavități

Tipuri de profile extrudate. a) solidă; b) deschis; c) întredeschis; d) gol (închis); e) panouri presate; f) conexiuni de blocare ale profilelor pereche; g) îmbinări de profil cu snaps

Blocurile de ferestre din aluminiu și vitraliile nu oferă un efect economic semnificativ în comparație cu cele din lemn, inclusiv în Nordul Îndepărtat.

În ciuda acestui fapt, au cele mai bune proprietăți funcționale, aspect și durabilitate ridicată, care determină fezabilitatea utilizării lor pe scară largă în toate tipurile de construcție.

Structurile de închidere din aluminiu ale pereților și acoperișurilor pot fi realizate în două moduri: din panouri complet prefabricate sau din foi profilate sau netede, izolate sau neizolate în timpul procesului de construcție.

Acestea din urmă se referă la clădiri industriale și depozite neîncălzite.

Ambele metode au avantajele și dezavantajele lor.

Simplitatea și viteza de instalare a panourilor gata de fabrică sunt în contrast cu absența prelucrării din fabrică în cazul utilizării benzilor plate sau profilate. Dar instalarea izolației devine mai complicată.

În construcțiile prefabricate se pune problema fiabilității îmbinărilor, în special a tablelor profilate; cu bandă - instalarea și tensionarea benzilor pentru deschideri mari.

În construcția casnică, prima metodă de panouri a primit până acum cea mai mare utilizare.

Panourile de perete și de acoperiș constau de obicei din două foi subțiri, netede sau profilate de aluminiu, cu izolație intercalată între ele.

În cele mai multe cazuri, nervurile sunt instalate de-a lungul conturului panoului, creând un cadru.

Una dintre foile de aluminiu (de obicei interioară) poate fi înlocuită cu placaj, azbociment sau foi de plastic, PAL și plăci de fibre.

Ca izolație se folosesc plăci de vată minerală, spumă PSB, PVC, PSB-S și spumă poliuretanică, spumă între coji în timpul procesului tehnologic. Izolația este lipită de foi de aluminiu cu adeziv epoxidic sau cauciuc și este inclusă în funcționarea panoului. Dimensiunile panoului 6x1,5x(0,05-0,15) m, 6,6x3x(0,05-0,2) m sau mai mult.

Grosimea foilor de înveliș de aluminiu este de 1-2,5 mm. Calitățile recomandate de aliaje de aluminiu pentru fabricarea lor sunt AMg2M, AMg2N2, AD31T 1(4-5), 1915.

În străinătate, cadrul cu trei straturi lipite și panourile fără cadru de tip „Sandwich” sunt pregătite on-line în forme individuale sau într-o manieră continuă sub forma unei benzi continue, tăiate la capătul unei linii automate în produse de dimensiuni date. .

Pentru a crește rezistența la intemperii și pentru a îmbunătăți aspectul, foile de aluminiu sunt anodizate sau vopsite cu compuși polimerici în diferite culori. Pentru a crește rigiditatea și calitatea panourilor, foile de aluminiu sunt pretensionate mecanic.

Acest lucru vă permite să includeți învelișul în lucrarea cadrului panoului, să creșteți distanța dintre nervuri, să eliminați ondularea foilor și să asigurați un contact mai bun adeziv cu izolația.

În construcțiile industriale, tablele de aluminiu cu profile longitudinale și transversale sunt utilizate pe scară largă pentru pereți și acoperiri.

Lungimea foilor este de 10-30 m sau mai mult, lățime - 0,58-1,6 m, grosime - 0,3-1,62 mm.

Foile cu profile transversale, precum „Furral”, Snap-rib, Zip-rib pentru acoperișuri, sunt folosite în practica construcțiilor în SUA, Anglia, Germania, Elveția și alte țări.

Pentru acest acoperiș se folosește aliajul moale de aluminiu AMts.

Foile se transportă în role. În timpul construcției, acestea sunt înfășurate și atașate de o înveliș de lemn.

Fixarea foilor de tip Furral pe invelisul din lemn. 1 - înveliș din lemn; 2 - foi "Furral"; 3 - banda de fixare

Izolarea gardurilor de perete din tablă ondulată cu izolație de plăci. 1 - table ondulate; 2 - izolație

Experiența internă în fabricarea foilor cu profile transversale diferă de cele străine în ceea ce privește pregătirea completă din fabrică a gardurilor cu role, inclusiv izolația.

Împrejmuirea clădirilor industriale din foi de aluminiu netede precomprimate este deosebit de eficientă.

Costul acestora este cu 20-30% mai mic decât cele profilate, iar suprafața utilă este cu 25-35% mai mare.

Izolația, cum ar fi cauciucul spongios cu un strat texturat care acționează ca o barieră de vapori, este lipită de foi din fabrică sau aplicată pe suprafața foilor în timpul instalării lor, ca, de exemplu, în Italia și Japonia, unde spumă poliuretanică sau spumă. Pentru aceasta se foloseşte o compoziţie de spumă pe bază de bitum cu grosimea de 6. -8 mm.

Design panou rulou cu trei straturi: 1 - tabla ondulata (portanta); 2 - izolatie elastica; 3 - foaie decorativă (interioară); a este lungimea tablei ondulate; b - latimea panoului; R - raza de îndoire a panoului

Structurile prefabricate din aluminiu sunt utilizate pentru construcția de clădiri industriale, rezidențiale și publice și așezări urbane în zone îndepărtate și în nordul îndepărtat, unde sunt livrate pe calea aerului. În comparație cu materialele și structurile tradiționale, greutatea clădirilor este redusă de aproape 20 de ori, perioada de construcție este redusă de 4 ori, iar costul estimat de 1 m suprafață utilă se reduce cu 15-20%. Odată cu creșterea cifrei de afaceri a structurilor prefabricate, efectul economic crește semnificativ.

Plafoanele suspendate din aluminiu se compară favorabil cu plafoanele suspendate din gips, azbociment, plăci de vată minerală precum „Agmigran” și alte materiale

Sunt mai usoare, nu se deformeaza, nu genereaza praf, nu necesita reparatii, pot fi modelate in orice fel si pot fi colorate anodizate, care actioneaza ca protectie anticoroziva.

Rezervoarele din aluminiu sunt realizate de două tipuri: pentru depozitarea substanțelor lichide agresive (ulei acru și produse petroliere, acizi acetic, azotic concentrat și alți acizi); pentru depozitarea gazelor lichefiate.

Tancurile, construite în momente diferite în diferite țări, au volume cuprinse între 500 m și 3500 m și sunt în stare bună.

Conductele sub presiune și fără presiune din aluminiu de calitate AMg2M, AD31T, 1915, 1915T sunt utilizate pentru transportul petrolului și gazelor, semiproduselor din industria alimentară și chimică, mortare de pompare și beton.

Pentru construcția de schele și schele prefabricate se folosesc țevi din duraluminiu cu diametrul de 38-50 mm.

De obicei se folosesc țevi fără sudură și sudate electric cu un diametru de până la 200 mm.

Când sunt așezate în sol, țevile sunt protejate împotriva coroziunii cu mastic bitum-cauciuc și materiale polimerice.

Practica construcțiilor are exemple pozitive de utilizare a aluminiului și în ventilație și coșuri de fum pentru îndepărtarea gazelor de dioxid de sulf, care sunt agresive față de oțel la condensare.

Se realizează conexiunile elementelor structurilor din aluminiu:

Sudarea electrică cu arc cu argon folosind electrozi neconsumabile (tungsten) și consumabili;
- sudura prin contact electric (pentru foi subtiri);

Pe nituri pentru elemente din aluminiu călit și piese de diferite grosimi. Nituirea se face in stare rece pentru a evita golurile si coroziunea intercristalina observate in timpul niturii la cald;

Pe șuruburi, șuruburi și garnituri galvanizate și placate cu cadmiu;

Pe lipici în conexiuni cu șuruburi, încuietori și încuietori.

Informații generale. Tratarea termică a oțelului și a altor materiale structurale este procesul tehnologic de tratare termică a pieselor de prelucrat, pieselor de mașini și unelte, în urma căruia se modifică microstructura materialului și, odată cu aceasta, proprietățile mecanice, fizico-chimice și tehnologice. Procesele de tratare termică a materialelor structurale sunt asociate cu transformări alotropice (polimorfism), precum și cu modificări ale compoziției chimice a materialului produsului.

Semifabricatele, piesele forjate, matrițele, precum și piesele și sculele finite sunt supuse unui tratament termic pentru a le conferi proprietățile necesare: duritate, rezistență, rezistență la uzură, elasticitate, îndepărtarea tensiunilor interne și îmbunătățirea lucrabilitatii.

Esența tratamentului termic este de a încălzi metalul la o temperatură puțin mai mare sau mai mică decât temperaturile critice, de a-l menține la aceste temperaturi și de a-l răci rapid sau lent. În timpul procesului de răcire, în structura metalică apar modificări alotropice, în urma cărora proprietățile mecanice se schimbă brusc. Cu răcire rapidă, duritatea, rezistența la uzură, elasticitatea etc. cresc, cu răcirea lentă - ductilitatea, rezistența la impact și lucrabilitatea. În plus, există un tratament termic asociat cu o modificare a compoziției chimice a materialului produsului, așa-numitul tratament chimico-termic.

În funcție de metoda de încălzire și de adâncimea de încălzire, transformările alotropice apar pe toată secțiunea transversală sau numai în straturile de suprafață ale piesei de prelucrat. Când este încălzită la o anumită temperatură, menținută la această temperatură și răcită la o anumită viteză, microstructura pieselor se modifică pe întreaga secțiune transversală.

O modificare a compoziției chimice în straturile de suprafață ale pieselor prelucrate este însoțită de întărirea acestora sau de modificări ale altor proprietăți.

Există următoarele metode de tratare termică a oțelurilor:

• tratarea termică volumetrică a oțelurilor, efectuată cu scopul de a modifica microstructura aliajelor metalice în stare solidă și de a le conferi proprietățile necesare pe întregul volum al pieselor prelucrate (călire, revenire, recoacere, normalizare);
• tratamentul termic de suprafață al oțelului, provocând o modificare a structurii și proprietăților numai în stratul de suprafață al produsului;
• tratarea chimico-termică, care constă în încălzirea produselor metalice împreună cu substanțe care pot modifica compoziția și structura, în principal a stratului superficial al produsului care se prelucrează;
• tratarea electrotermică, realizată prin încălzire prin inducție cu curenți de înaltă frecvență, precum și prin încălzire prin contact și încălzire în electroliți;
• tratament termomecanic asociat produselor de încălzire supuse, de exemplu, laminare, trefilare și operații similare, pentru a elimina întărirea cauzată de deformațiile plastice.

Transformarea în oțel la încălzire. Transformările în oțel atunci când sunt încălzite sunt asociate cu aliajele care ating temperaturi critice la care au loc transformările de fază.

În sistemul de aliaje fier-carbon, sunt acceptate următoarele denumiri pentru temperaturi critice: temperatura liniei PSK (vezi Fig. 3.6) este desemnată A 1 (727 °C), temperatura liniei MO este A 2 (768 °C) , temperatura liniei GOS este A 3 (727 ... 911 °C), temperatura liniei ES - A m(727 … 1.147 °C). Pentru a distinge temperatura critică obținută în timpul răcirii de temperatura critică obținută în timpul încălzirii, litera r (Ar 1, Ar 2) este plasată în fața indexului digital la răcire, iar c (Ac 1, Ac 2) la încălzire.

Transformarea perlitei în austenită, în deplină conformitate cu diagrama Fe-Fe 3 C, poate fi finalizată la o temperatură de 727 ° C

(Ac 1) cu încălzire lentă. Viteza de transformare a perlitei în austenită depinde direct de conținutul de carbon al oțelului.

La o temperatură de 768 °C (punctul Curie - Ac 2), oțelul își pierde proprietățile magnetice.

Sfârșitul procesului de transformare se caracterizează prin formarea austenitei și dispariția perlitei.

La încălzirea oțelurilor cu un conținut de carbon mai mic de 0,8%, adică hipoeutectoid, cu o structură inițială formată din ferită și perlită, apar următoarele transformări structurale. La o temperatură de 727 °C, perlita se transformă în austenită. În același timp, se păstrează structura în două faze - austenită și ferită. Odată cu încălzirea suplimentară, ferita se transformă în austenită, care se termină când este atinsă temperatura critică Ac 3, adică pe linia GOS.

În oțelurile hipereutectoide, când este încălzită peste temperatura Ac 1, cementita se dizolvă în austenită (în conformitate cu linia SE), care se termină la o temperatură critică Ac m, adică pe linia SE.

Pentru o înțelegere mai completă a proceselor de transformări structurale, să luăm în considerare diagrama transformării izoterme a perlitei în austenită la încălzire (Fig. 1).

Orez. 1. t - temperatura; τ - timp; A - austenita; P - perlit; C - cementită; v 1 și v 2 - ratele de încălzire; Ac 1 - temperatura critică (eutectoid)

Deoarece perlita este un amestec de cementită și ferită într-un raport de aproximativ 1: 6, atunci când este încălzită, se formează granule de austenită la interfața dintre ferită și cementită. La încălzirea ulterioară, cementitul se dizolvă în austenită și are loc creșterea ulterioară a boabelor de austenită. Pe măsură ce boabele de austenită cresc, fracția de masă a carbonului din austenită crește treptat. Viteza de încălzire afectează și transformarea perlitei în austenită. În diagramă, razele v 1 și v 2 descriu grafic diferite rate de încălzire. Cu cât viteza de încălzire este mai mică, cu atât temperaturile sunt mai scăzute întregul proces de transformări de fază.

O caracteristică importantă a oțelului este tendința de a crește boabe de austenită atunci când este încălzit. Când creșterea boabelor are loc cu o ușoară supraîncălzire peste punctul critic, oțelul este considerat a fi ereditar cu granulație grosieră. Dacă boabele începe să crească cu o supraîncălzire mai mare, este ereditar cu granulație fină. Creșterea boabelor este foarte influențată de diferitele impurități care intră în oțel în timpul procesului de topire. Tendința de creștere a boabelor de austenită este o caracteristică de topire.

Dimensiunea granulelor afectează proprietățile mecanice ale oțelurilor. Oțelul cu granulație fină are o rezistență la impact semnificativ mai mare decât oțelul cu granulație grosieră, așa că acest factor trebuie luat în considerare la tratarea termică a oțelurilor.

Dimensiunea reală a granulelor este dimensiunea granulelor în condiții normale de temperatură după un anumit tip de tratament termic. Pentru a determina mărimea granulelor, a fost adoptată o scară standard. GOST 5639-82* prezintă o scară pentru evaluarea mărimii granulelor folosind un sistem în zece puncte (Fig. 2).

Orez. 2. Scară standard din oțel (100x):1-10 - puncte de cereale

Mărimea granulelor este determinată la o mărire de o sută de ori prin comparație cu o scară standard. Pentru a determina dimensiunea granulelor, oțelul trebuie încălzit la o temperatură de 930 °C. Dacă la această temperatură numărul de boabe este 1 - 4, atunci acest oțel este ereditar cu granulație grosieră. Oțelurile cu un număr de granule de 5 - 8 sau mai mult sunt ereditar cu granulație fină. Elementele de aliere (vanadiu, wolfram, molibden, titan etc.) contribuie la formarea unei macrostructuri ereditare cu granulație fină. La temperaturi ridicate, un astfel de oțel se pretează bine oricărui tip de tratament de deformare (laminare, forjare, ștanțare etc.). În acest caz, îngroșarea cerealelor și proprietățile mecanice nu scad. De regulă, majoritatea oțelurilor aliate, precum și oțelurile blânde, sunt în mod inerent cu granulație fină. Toate oțelurile fierbinți sunt ereditar cu granulație grosieră, au rezistență scăzută la impact și fragilitate ridicată la rece.

Transformarea în oțel la răcire. La racirea otelurilor cu structura austenitica se pot produce diverse transformari, in functie de viteza de racire. Să luăm în considerare diagrama transformării izoterme a austenitei în perlită (Fig. 3). Curbele de transformare a austenitei au o caracteristică în formă de C și arată că rata de transformare nu este aceeași. Viteza maximă de transformare corespunde răcirii sub Ac 1 (727 °C) cu 170 °C. Curbele pentru începutul și sfârșitul transformărilor sunt deplasate spre dreapta și corespund cu cea mai mare stabilitate.

Orez. 3. t - temperatura; τ - timp; A - austenita; P - perlit; B - bainita; M - martensită; Iar restul este reținută austenită; T - troostita; F - ferită; C - cementită; C - sorbitol; v 1 și v 2 - viteze de răcire; M n şi M k sunt, respectiv, temperaturile începutului şi sfârşitului transformării martensitice; A p - jumătate austenită; v cr - viteza critică

Curba din stânga din diagramă corespunde limitei începutului transformărilor, curba din dreapta arată sfârșitul transformării austenitei. Transformarea austenitei în perlit este de natură difuziune.

Viteza de difuzie depinde de gradul de suprarăcire sau de viteza de răcire. Produsele transformării perlitei au o structură lamelară, sunt definite ca perlită, sorbitol și troostită și diferă prin gradul de dispersie. Dar dacă perlitul este o structură de echilibru, atunci sorbitolul și troostita sunt structuri neechilibrate, conținutul lor de carbon este mai mult sau mai mic de 0,8%. Există și o transformare intermediară (bainite) în domeniul de temperatură 500 ... 350 °C. Cu un grad mai mare de suprarăcire (până la 230 °C), austenita este într-o stare instabilă, procesele de difuzie sunt absente și se formează o soluție solidă suprasaturată cu carbon.

Transformarea martensitică în oțel are trei caracteristici. În primul rând, transformarea martensitică are un caracter lipsit de difuzie. În al doilea rând, cristalele de martensită sunt orientate. A treia caracteristică este că transformarea martensitică are loc în timpul răcirii continue în intervalul anumitor temperaturi pentru fiecare oțel. Temperatura la care începe transformarea martensitică se numește punct martensitic și este desemnată Mn, iar temperatura finală este desemnată Mk. Poziția punctelor Mn și Mk pe diagramă depinde de cantitatea de carbon din oțel și de prezența elemente de aliere. De regulă, un conținut ridicat de carbon și prezența elementelor de aliere scad poziția punctelor.

Să suprapunem graficele vitezei de răcire pe diagramă și să desenăm o diagramă a efectului vitezei de răcire asupra temperaturii transformărilor austenitei. Din diagrame vedem că cu cât viteza de răcire este mai mare, cu atât structura rezultată este mai dispersă. La o viteză mică v 1 se formează perlitul, la o viteză mai mare v 2 - sorbitol și o viteză și mai mare v cr - troostita. La o viteză de răcire mai mare decât vcr, o parte din austenită se transformă în martensită. Viteza minimă de răcire la care toată austenita este suprarăcită până la punctul Mn și se transformă în martensită se numește viteza critică de stingere. Acest proces de transformare în martensită este de mare importanță practică și formează baza tratamentului termic.

Transformarea perlitică în oțeluri este utilizată în procesul de recoacere; martensitic - în timpul întăririi; intermediar – în timpul călirii izoterme.

Proprietățile mecanice ale oțelului cu structuri perlit, sorbită și troostită depind de gradul de scădere a temperaturii de descompunere și de dispersitatea structurii ferită-cementită. În același timp, duritatea, limitele de rezistență, fluiditatea și rezistența cresc.

Structura martensitei are duritate și rezistență mai mare și depinde, de asemenea, de conținutul de carbon al oțelului. Un factor negativ al structurii martensitice este fragilitatea crescută. După cum sa menționat deja, elementele de aliere afectează poziția punctelor Mn și Mk și, în consecință, afectează viteza de întărire practică, de obicei într-o direcție descrescătoare.

Modul de tratament termic. Procesul de tratare termică în scopul modificării structurii și proprietăților mecanice constă în operațiunile de încălzire a produsului, menținerea acestuia la o temperatură dată și răcirea la o anumită viteză. Parametrii procesului tehnologic de tratare termică vor fi temperatura maximă de încălzire a aliajului, timpul de menținere la o anumită temperatură și ratele de încălzire și răcire.

Încălzirea oțelului este una dintre principalele operațiuni de tratament termic, de care depind transformările de fază și structurale, modificări ale proprietăților fizice și mecanice, prin urmare modul de încălzire este decisiv pentru obținerea caracteristicilor specifice ale aliajului. În practică, se face o distincție între ratele de încălzire posibile din punct de vedere tehnic și cele admisibile din punct de vedere tehnic pentru fiecare parte sau lot de piese.

Rata de încălzire posibilă din punct de vedere tehnic depinde de metoda de încălzire, tipul dispozitivelor de încălzire, forma și locația produselor, masa pieselor încălzite simultan și alți factori.

Rata de încălzire admisibilă din punct de vedere tehnic sau tehnologic depinde de compoziția chimică a aliajului, structura, configurația produsului și intervalul de temperatură la care se efectuează încălzirea. Timpul de menținere este timpul necesar pentru a egaliza complet temperaturile pe întregul volum al produsului și, în consecință, pentru a finaliza toate transformările de fază și structurale.

Răcirea este procesul final realizat pentru a obține structura dorită cu proprietățile mecanice necesare.

În funcție de temperatura de încălzire și viteza de răcire, se disting următoarele tipuri principale de tratament termic: recoacere, normalizare și călire urmată de călire.

Orez. 4. 1 - perlita + ferita; 2 - austenita; 3 - martensită; 4 - troostita; 5 - sorbitol; 6 - ferita + perlita

În fig. Figura 4 prezintă microstructurile obținute ca urmare a încălzirii și răcirii oțelului de calitate 40 la viteze diferite. Caracteristicile acestor microstructuri sunt discutate în tabel. 1.

2. Recoacere si normalizare

Recoacerea. Recoacerea este un tratament de înmuiere al pieselor și pieselor de prelucrat, care constă în încălzirea la o anumită temperatură în punctele critice și răcirea lentă ulterioară cu cuptorul. Scopul principal al recoacerii este de a elimina eterogenitatea structurală a pieselor și pieselor de prelucrat obținute prin tratare sub presiune, turnare, forjare și sudură și de a recristaliza structurile pieselor (inclusiv obținerea microstructurii perlitei granulare și cementitei). Odată cu eliminarea eterogenității structurale, are loc o modificare a proprietăților mecanice și tehnologice, eliminarea tensiunilor interne, eliminarea fragilității, scăderea durității, creșterea rezistenței, ductilității și tenacității și îmbunătățirea ștampibilității și prelucrabilității. În practică, se distinge recoacere de primul și al doilea fel.

Recoacerea de primul fel - aceasta este încălzirea pieselor și pieselor de prelucrat cu o structură de neechilibru pentru a obține o structură de echilibru stabil.

Recoacerea de al doilea fel - aceasta este încălzirea pieselor și pieselor de prelucrat peste temperaturi critice, urmată de răcire lentă pentru a obține o stare stabilă a structurii. Încălzirea pieselor și pieselor de prelucrat peste temperaturi critice asigură recristalizarea completă a structurii metalice. De exemplu, oțelul structural carbon de gradul 40 într-o turnare sau forjare va avea o structură deformată sub formă de granule mari de ferită și perlită (Fig. 5, a). Când acest oțel este încălzit la o temperatură peste Ac 3, structura deformată se transformă în austenită, iar la răcirea lentă, într-o structură de echilibru sub formă de granule mici de formă regulată ferită și perlită (Fig. 5, b). Această structură se caracterizează prin duritate ridicată, fragilitate și prelucrabilitate scăzută. După operația completă de recoacere, structura devine mai mare, boabele de perlită sunt distribuite uniform, duritatea scade și lucrabilitatea se îmbunătățește. Aceasta este esența procesului de recoacere a pieselor și a pieselor de prelucrat.

Orez. 5. Microstructură din oțel de calitate 40 obținută ca rezultat al turnării și forjarii (a) și după normalizare (b)

Un factor important care determină o recoacere de înaltă calitate este alegerea corectă a temperaturii de încălzire, care este determinată din diagrama fier-carbon (cementită) în funcție de calitatea oțelului și fracția de masă a carbonului. Astfel, oțelurile hipoeutectoide sunt încălzite la temperatura critică Ac 3 + (20 ... 30 ° C), oțelurile hipereutectoide sunt încălzite la temperatura critică Ac 1 + (20 ... 30 ° C) pentru recoacere parțială. La încălzirea oțelului peste temperatura critică Ac 3 sau Ac m(în funcție de grad) microstructura perlitei se transformă în microstructura de austenită cu granulație fină.

Pentru o recoacere de înaltă calitate, este necesar să selectați corect viteza și temperatura de încălzire, precum și viteza de răcire.

Tipuri de recoacere.În practică, se folosesc următoarele tipuri de recoacere: completă, incompletă, la temperatură scăzută, izotermă, nivelare sau difuzie (Fig. 6).

Recoacere completă supuse la ștanțare, forjare și turnare din oțel hipoeutectoid și hipereutectoid pentru a recristaliza microstructura lor deformată. Temperatura de încălzire pentru recoacere completă se alege cu 20 ... 30 °C deasupra punctului critic Ac 3 (Fig. 7, a) și se răcește la o temperatură de 500 °C împreună cu cuptorul, apoi se răcește în aer. După recoacere completă, structura deformată este corectată, boabele sunt rafinate, iar boabele de perlită și ferită sunt distribuite uniform pe întreaga secțiune transversală a pieselor. În același timp, duritatea scade, rezistența la impact, rezistența și ductilitatea cresc, prelucrabilitatea se îmbunătățește și, cel mai important, tensiunile interne sunt atenuate.

Orez. 6.

Orez. 7. Schema de recoacere completă (a) și incompletă (b) a oțelurilor carbon:

Recoacere parțială utilizat în principal pentru piese și piese de prelucrat din oțeluri hipereutectoide. Pentru oțelurile hipoeutectoide, acest tip de recoacere este utilizat pentru forjare, ștanțare și turnare, a căror microstructură a primit forma de echilibru corect cu granulație fină. În timpul recoacerii incomplete (Fig. 7, b), piesele sunt încălzite la temperatura critică Ac 1 + (20 ... 30 ° C), menținute la această temperatură și răcite împreună cu cuptorul la temperatura Ac 1 - (20 . .. 30 ° C), menținut la această temperatură și apoi răcit împreună cu cuptorul la o temperatură de 500 ° C, apoi piesa este răcită în aer.

O recoacere incompletă are ca rezultat o microstructură de perlită granulară (sferoidizată) sau cementită granulară. În același timp, sunt reduse și tensiunile interne. Microstructura nou obtinuta a perlitei granulare reduce duritatea, creste ductilitatea si tenacitatea. Îmbunătățește prelucrabilitatea.

Cu ajutorul recoacerii incomplete, tensiunile interne sunt atenuate, deformarea și formarea de microfisuri sunt prevenite, iar prelucrabilitatea pieselor și pieselor de prelucrat este îmbunătățită. Când sunt încălzite, piesele de prelucrat sunt păstrate în cuptor pentru o lungă perioadă de timp pentru a le încălzi complet și răcite împreună cu cuptorul (la o viteză de cel mult 60 °C/h). În scopul său și procesele fizico-chimice care au loc în piese, recoacerea incompletă este similară recoacerii sferoidizate.

Recoacere la temperaturi joase utilizat pentru piese și piese de prelucrat obținute prin forjare, ștanțare și turnare, a căror structură nu a suferit nicio deformare deosebită, se află în stare de echilibru și nu necesită corectare, nu este nevoie de recristalizare. În acest sens, piesele de prelucrat sunt supuse recoacerii la temperatură scăzută pentru a reduce tensiunile interne și pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea prin tăiere și trefilare. În aceste scopuri, piesele sunt încălzite sub punctul critic Ac 1. Încălzirea se efectuează lent cu o viteză de până la 150 °C/h, menținută la această temperatură, după o expunere îndelungată piesele sunt răcite împreună cu cuptorul sau în aer.

Recoacere izotermă piese subiect ale secțiunilor mici din oțeluri aliate și carbon. În acest caz, oțelurile de structură sunt încălzite la o temperatură de 30 ... 40 °C peste punctul critic Ac 1, iar oțelurile pentru scule - la o temperatură de 50 ... 100 °C peste punctul critic Ac 3. După încălzire și încălzire (reținere), piesele sunt transferate într-un alt cuptor (baie), unde sunt răcite la o temperatură cu 50 ... 100 ° C mai mică decât cea obținută inițial

proces. La această temperatură, piesele sunt păstrate până la descompunerea completă (izotermă) a austenitei în perlită granulară. În timpul acestei operațiuni termice, duritatea scade, rezistența și ductilitatea crește, iar prelucrabilitatea prin diferite operații tehnologice se îmbunătățește. Diagrama recoacerii izoterme a pieselor forjate din oțel aliat de calitate KhVG este prezentată în Fig. 8, a.

După cum se poate vedea din diagramă, forjarea este încălzită după forjare folosind o metodă în trepte. Mai întâi, este răcit cu 50 ... 100 ° C sub punctul critic Ac 1, menținut la această temperatură, apoi încălzit deasupra punctului critic Ac 1 cu 20 ... 50 ° C, menținut mult timp la această temperatură și răcit împreună cu cuptorul.

Un tip de recoacere izotermă este recoacere pe perlita granulara (Fig. 8, b). Recoacerea perlitei granulare se realizează prin încălzire și răcire treptat până la descompunerea completă a austenitei în perlita granulară. Mai întâi, ele sunt încălzite la punctul critic Ac 1 + (20 ... 30 ° C), apoi se răcesc la o temperatură sub Ac 1 (700 ° C) și apoi sunt încălzite din nou la o temperatură de 500 ... 660 ° C . După o expunere îndelungată la ultima temperatură, piesele sunt răcite în aer.

Orez. 8. Schema de recoacere izotermă (a) și recoacere pe forjare perlita granulară (b) din oțel aliat de calitate HVG:t - temperatura; τ - timp; Ac 1, Ac 3 - temperaturi critice

În majoritatea turnărilor, inclusiv în cele din aliaje fier-carbon, se obține eterogenitate în compoziția chimică a cristalelor (granulelor) - așa-numita licuție ionică intercristalină (dendritică sau zonală). Pentru a elimina această eterogenitate chimică, este utilizat în practică nivelare , sau difuziune , recoacerea (omogenizare). Pentru acest tip de recoacere, piesele turnate sunt încălzite la o temperatură ridicată, de obicei până la 1.000 ... 1.100 ° C, ținute la această temperatură timp îndelungat și apoi răcite lent împreună cu cuptorul. La temperaturi ridicate, atomii unor elemente chimice, concentrați neuniform, devin mai mobili și mai difuzi de la un cristal la altul. Există o aliniere chimică a compoziției chimice atât a cristalelor mari (dendrite), cât și a cristalelor mici.

După recoacere prin difuzie se obține o structură cu granulație grosieră, care necesită o recoacere suplimentară completă sau incompletă. Dacă piesele de prelucrat care necesită un tratament suplimentar sub presiune au fost supuse acestei recoaceri, atunci aceste piese de prelucrat nu sunt supuse unei recoaceri suplimentare înainte de prelucrare. Astfel de piese sunt supuse unui singur tip de recoacere numai după tratamentul sub presiune (forjare, ștanțare, trefilare).

Defecte în timpul recoacerii.În timpul recoacerii, din cauza încălcării condițiilor tehnologice, se pot forma următoarele defecte: supraîncălzire, ardere, decarburare și oxidare a pieselor și pieselor de prelucrat.

Supraîncălzi apare atunci când regimul de temperatură nu este respectat la temperaturi ridicate și în timpul expunerii îndelungate nejustificate din punct de vedere tehnologic în cuptor. În acest caz, apare o structură cu granulație grosieră, care se numește structura de supraîncălzire.

Structura cu granulație grosieră are o ductilitate redusă, o tendință de a forma fisuri, tensiuni de tracțiune și deformare a pieselor. Supraîncălzirea poate apărea și la încălzirea pieselor de prelucrat pentru deformare la cald, la recoacerea produselor de configurații complexe, la încălzirea la o temperatură semnificativ mai mare decât temperatura critică sau la expunerea prelungită la o temperatură justificată din punct de vedere tehnologic.

Supraîncălzirea este un defect corectabil. Pentru a o corecta, recoacerea completă trebuie efectuată în conformitate cu toate condițiile de temperatură.

Supraîncălzirea semnificativă este însoțită de creșterea rapidă a boabelor, care dăunează limitelor acestor boabe. Se numește deteriorarea limitelor de cereale ars . Burnout-ul apare atunci când metalul este menținut la temperaturi ridicate pentru o perioadă lungă de timp. În acest caz, uneori are loc topirea parțială a granițelor sau oxidarea lor activă. Piesa devine fragilă.

Arderea excesivă este un defect ireparabil și este un defect de recoacere.

Decarbonizarea Și oxidare piesele și piesele de prelucrat sunt supuse recoacerii în băi de sare, cuptoare electrice și cu flacără. Cu aceste metode de încălzire, suprafața pieselor interacționează cu diferite gaze. Pe baza gradului de expunere și a interacțiunii chimice cu suprafețele pieselor, reactivii sunt împărțiți în oxidanți (oxigen, monoxid de carbon, vapori de apă) și decarburanți (oxigen, hidrogen, vapori de apă).

Natura oxidării în cuptor este determinată de combustibil și de compoziția sa chimică, de atmosfera cuptorului, de timpul în care piesele sunt în cuptor și de tipul materialului de construcție. Oxidarea provoacă depuneri metalice pe suprafața piesei, o modificare a dimensiunii acesteia și duce la costul operațiunilor tehnologice suplimentare de curățare a cântarii.

Decarburarea ca defect de recoacere este cauzată de faptul că oxigenul, prezent în atmosfera cuptorului, oxidează carbonul mai devreme decât fierul, adică carbonul arde la o adâncime mică de la suprafața piesei. Dacă oxigenul oxidează simultan carbonul și fierul, se formează depuneri și deșeuri metalice. Dacă există abur în atmosfera cuptorului, atunci decarbonizarea are loc foarte activ. Decarburarea reduce întărirea sau în general provoacă imunitate la întărire, reduce rezistența la oboseală și înrăutățește proprietățile chimice ale suprafețelor pieselor.

Pentru a preveni decarburarea pieselor, atmosfera cuptorului trebuie să conțină hidrogen uscat, monoxid de carbon sau gaze neutre inerte. În plus, în timpul recoacerii, piesele sunt încălzite în cutii închise ermetic acoperite cu așchii de lut, cărbune sau fontă.

Normalizare. Normalizarea este procesul de tratament termic al pieselor și pieselor de prelucrat, în care acestea sunt încălzite la o temperatură critică Ac 3 sau Ac m+ (30 … 50 °C), menținut la această temperatură și răcit în aer. În procesul de normalizare se obține microstructura perlitei fine (dispersate). În același timp, duritatea și rezistența sunt ușor reduse, ductilitatea și rezistența la impact sunt crescute, iar prelucrabilitatea este îmbunătățită.

Temperatura de încălzire pentru normalizare este selectată în funcție de calitatea oțelului și de fracția de masă a carbonului din acesta, conform părții din oțel a diagramei fier-carbon. Scopul normalizării depinde de compoziția oțelului, de tratamentul specific postformare și de proiectarea piesei.

De exemplu, oțelurile cu conținut scăzut de carbon sunt normalizate în loc de recoapte pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea. Înainte de călire, oțelurile carbon pentru scule sunt, de asemenea, supuse normalizării pentru a elimina rețeaua de cementită și a obține o structură fină de perlit. Oțelul de gradul 30 după recoacere completă (așa cum este livrat) are următoarele proprietăți: rezistență - 440 MPa; plasticitate - 17%; duritate - 179 HB; rezistență la impact KSV - 62 J/cm2. După normalizare, aceleași proprietăți se schimbă oarecum: rezistența este de 390 MPa; plasticitate - 23%; duritate - 143 ... 179 HB; rezistență la impact KSV - 49 J/cm2. Exemplul este luat pentru piesele forjate cu un diametru de până la 100 mm. După cum puteți vedea, după normalizare, proprietățile mecanice vor fi ușor mai mici decât în ​​starea de livrare datorită stabilizării structurii metalice a pieselor. Acest factor îmbunătățește semnificativ prelucrabilitatea pieselor de prelucrat.

În timpul procesului de normalizare, apar defecte similare cu defectele de recoacere, dar într-o formă mai puțin pronunțată. De exemplu, o ușoară supraîncălzire a metalului nu duce la ardere. Decarburarea parțială nu duce la formarea de calcar și deșeuri metalice.

3. Călire și revenire

întărire. Călirea este încălzirea oțelului la o temperatură peste critică, menținerea la această temperatură și răcirea rapidă ulterioară. Ca urmare a întăririi, duritatea, rezistența, elasticitatea, rezistența la uzură și alte proprietăți mecanice cresc.

Viteza de răcire trebuie să fie semnificativ mai mare decât viteza critică la care microstructura austenită se descompune într-o microstructură de martensită metastabilă. După cum se știe, această microstructură, ca și microstructura austenitei, are o solubilitate uniformă a carbonului. Menținerea solubilității uniforme a carbonului prin fixarea microstructurii este scopul principal al călirii.

La o viteză critică de răcire sau semnificativ mai mare decât aceasta, starea fizico-chimică a austenitei este fixată în solubilitatea sa uniformă a carbonului.

În timpul procesului de întărire, odată cu modificarea microstructurii, se modifică proprietățile mecanice (duritate, rezistența la impact), proprietățile fizice (magneticitate, rezistența electrică etc.) și proprietățile chimice (uniformitatea compoziției chimice, rezistența la coroziune).

Scopul principal al călirii este obținerea de duritate ridicată, rezistență la uzură, rezistență crescută, elasticitate și ductilitate redusă. Toate aceste proprietăți se formează prin respectarea următoarelor regimuri tehnologice de tratament termic:

• temperatura de incalzire;
• viteza de încălzire și timpul de menținere;
• mediu de încălzire;
• rata de racire.

Alegerea temperaturii de întărire. Temperatura de încălzire pentru călire este determinată teoretic din diagrama Fe - Fe 3 C. Pentru oțelurile carbon, aceasta ar trebui să fie cu 30 ... 50 ° C deasupra liniei GSK (vezi Fig. 3.6), adică pentru oțelurile hipoeutectoide coincide cu temperatura critică Ac 3 + (30 ... 50 °C), pentru oțeluri eutectoide și hipereutectoide - cu o temperatură critică Ac 1 + (50 ... 70 °C).

Pentru oțelurile aliate, temperatura de încălzire pentru călire este determinată prin trei metode: călire diametrală, magnetică sau de probă.

S-a stabilit că, cu cât oțelul aliat este mai complex în ceea ce privește compoziția chimică și natura microstructurii, cu atât temperatura de încălzire pentru călire ar trebui să fie mai mare, deoarece numai la temperaturi ridicate carburile de vanadiu, wolfram, molibden, titan și crom sunt mai complexe. se dizolvă cu succes în austenită. În acest caz, ca bază, ca la alegerea temperaturilor de întărire pentru oțelurile carbon, punctele critice Ac 1, Ac 3 și Ac m. Temperaturile de încălzire pentru călirea oțelurilor aliate cresc cu 250 ... 300 °C peste cele critice, iar pentru oțelurile de mare viteză - cu 400 ... 450 °C.

Moduri de încălzire și răcire. Timpul de încălzire depinde de secțiunea transversală a pieselor și pieselor de prelucrat, de proiectarea și puterea dispozitivelor de încălzire. De exemplu, la încălzirea în cuptoare electrice cu aer, timpul de încălzire este determinat în medie la o rată de 1 min pe 1 mm de secțiune a piesei. Timpul de încălzire în băile cu sare este de 2 ori mai mic decât în ​​cuptoarele electrice, deoarece viteza de încălzire în aceste băi este de 2 ori mai mare. După încălzirea pieselor la o temperatură dată, acestea sunt menținute până la transformarea completă de fază și încălzirea pe întreaga secțiune transversală. Un indicator al timpului de păstrare este transformarea structurii inițiale de perlită + ferită într-o structură de austenită. Practica a arătat că temperatura de încălzire specificată pentru piese apare atunci când culoarea pieselor devine egală cu culoarea cuptorului (dedesubt, pereți, acoperiș).

Atât viteza de încălzire, cât și fenomenele laterale (negative) depind de mediul înconjurător în dispozitivele de încălzire (forje, cuptoare, băi). Fenomenele negative includ decarburarea și oxidarea pieselor întărite. Cuptoarele de forja si electrice (mufla) contin un mediu de aer, al carui oxigen oxideaza piesele fiind intarite. În băile cu sare, sărurile nu numai că oxidează, ci și decarbonizează părțile. Băile cu metal topit (plumb) nu au un efect negativ asupra pieselor încălzite pentru întărire.

Înainte ca structura de austenită să fie complet obținută, timpul necesar este de 1/5 din timpul de încălzire al piesei. Sub rezerva regimurilor de încălzire, menținere și răcire sănătoase din punct de vedere tehnologic, se elimină apariția unor tensiuni interne mari, formarea de fisuri și alte defecte de întărire. Pe de altă parte, regimul de timp tehnologic elimină oxidarea suprafeței și decarbonizarea pieselor.

Structura și proprietățile pieselor care sunt întărite depind de viteza de răcire în timpul călirii. Viteza de răcire la care structura austenită se transformă într-o structură de întărire (martensită) se numește viteza critică de întărire. Acest mod de timp este selectat în funcție de microstructura necesară a piesei. Cea mai mare viteză de răcire dă microstructura martensitei, cea mai scăzută (naturală) - sorbitol.

Medii de stingere. Mediul de stingere și capacitatea sa de răcire asigură fixarea dizolvării uniforme a carbonului în microstructura nou formată de descompunere a austenitei. În intervalul de temperatură de descompunere a austenitei în martensită, este necesară răcirea lentă pentru a reduce tensiunile interne. Pentru a obține o întărire completă se folosesc răcitoare cu capacități de răcire diferite. Această capacitate depinde de mai mulți factori: scăderea temperaturii lichidului de răcire, capacitatea de căldură a metalului, conductivitatea termică a acestuia, menținerea unei temperaturi constante a mediului de răcire, viteza de circulație, reducerea temperaturii de vaporizare și reducerea vâscozității lichidului de răcire. Toți acești factori cresc viteza de răcire.

Următoarele soluții și lichide sunt utilizate ca medii de stingere: apă, soluție apoasă de sare de masă, ulei, aer, minerale și alte materiale.

Pe baza puterii lor, răcitoarele sunt împărțite în următoarele grupuri:

• slab - un curent de aer, săruri topite, apă fierbinte și săpun;
• moderat - ulei de ax, ulei de transformator, băi de sare topită cu 1% apă;
• cu acțiune medie - soluții în apă rece de var, glicerină și sticlă lichidă;
• puternic - apă rece curată, sare de masă într-o soluție de apă rece, apă distilată și mercur.

Viteza de răcire depinde și de metoda de răcire (imersie) a piesei care se întărește. În acest caz, când piesa de întărit este scufundată în apă sau ulei, se disting trei etape de răcire:

• apariția unei cămașe de abur care împiedică transferul suplimentar de căldură (fierberea peliculei);
• distrugerea cămășii de abur și creșterea vitezei de răcire (fierbere nucleată);
• convecția lichidului de răcire, care are loc la o temperatură sub punctul de fierbere.

Pentru toate aceste etape, viteza de răcire este mai rapidă, cu atât condițiile de temperatură de la o etapă la alta sunt mai scăzute. Depinde și de intervalul de fierbere nucleat.

Acest sau acel tip de mediu de răcire este selectat în funcție de fezabilitatea tehnologică, de compoziția chimică a metalului piesei și de proprietățile fizice și mecanice necesare.

Apa și soluțiile sale sunt agenți de răcire mai puternici. Cu toate acestea, apa are dezavantaje semnificative. Pe măsură ce temperatura apei crește în timpul procesului de stingere, capacitatea sa de răcire scade brusc. În plus, apa are o viteză mare de răcire în intervalul de temperatură de transformare martensitică.

Soluțiile apoase de săruri, alcaline și sodă măresc viteza de răcire și, de asemenea, măresc intervalul de fierbere a nucleelor. Diverse tipuri de uleiuri ca medii de răcire reduc viteza de răcire, procesele de transformare martensitică sunt mai stabile. Dezavantajele uleiurilor includ inflamabilitatea lor și formarea de arsuri pe suprafața pieselor.

Întăribilitate și întărire. Călibilitatea depinde de fracția de masă a carbonului din oțel. Cu cât fracția de masă a carbonului din oțel este mai mare, cu atât este mai mare călibilitatea acestui oțel. Oțelurile cu o fracțiune de masă de carbon de până la 0,3%, precum și oțelurile structurale carbon de calitate obișnuită conform GOST 380-2005, nu pot fi călite, deoarece în acest grup de oțeluri carbonul variază foarte mult. Având în vedere că alegerea temperaturii pentru călire se realizează în funcție de fracția de masă a carbonului, iar în oțelurile de calitate obișnuită nu putem determina cu exactitate conținutul acesteia, această grupă de oțeluri nu este supusă călirii.

Oțelurile carbon de înaltă calitate și oțelurile aliate cu o fracțiune de masă de carbon de 0,3% și mai mare, precum și toate oțelurile pentru scule, sunt supuse călirii.

Călibilitatea oțelurilor se referă la adâncimea de călire, adică capacitatea de a forma microstructuri de martensită, troostită sau sorbită în timpul procesului de călire.

Călibilitatea depinde de viteza critică de răcire și, în consecință, de capacitatea stabilă a austenitei de a nu-și modifica microstructura. Structura austenitei care rămâne rece se numește austenită suprarăcită.

Dacă viteza critică de răcire a piesei pe întreaga secțiune transversală este egală, atunci piesa va avea întărire, adică va exista o structură de martensită pe întreaga secțiune transversală. Dacă viteza de răcire pe întreaga secțiune transversală scade spre miez, atunci miezul va conține ferită, ferită + perlită, sorbitol sau troostită. Miezul pieselor cu secțiune transversală mare practic nu acceptă întărirea, deoarece viteza de răcire a miezului va fi lentă și naturală.

Toate elementele de aliere sporesc călibilitatea. De exemplu, nichelul contribuie la o creștere semnificativă a întăririi și întăririi. Manganul, cromul, wolframul și molibdenul cresc temperatura de călire și călire și, de asemenea, măresc călibilitatea și călibilitatea pieselor și sculelor, astfel încât toate oțelurile aliate supuse călirii au o călibilitate ridicată, iar oțelurile carbon au o călibilitate mai mică. În cazul întăririi directe pe întreaga secțiune transversală, duritatea piesei va fi aceeași. Odată cu întărirea netransparentă, acesta va scădea de la suprafață la miez. Piesa va avea o structură de martensită la suprafață și o structură de troostită la miez. Cu cât fracția de masă a carbonului din oțel este mai mică, cu atât structura troostitei este mai mare și duritatea este mai mică și invers.

Întărirea pieselor în timpul călirii este evaluată ca un parametru critic. Acest parametru reprezintă diametrul (secțiunea) maxim al pieselor, al căror miez va avea o structură de întărire semimartensitică. În mod obișnuit, pentru oțelurile carbonice structurale și pentru scule parametrul critic este de 10 ... 20 mm, iar pentru oțelurile aliate - până la 100 mm sau mai mult (în funcție de fracția de masă a carbonului și a elementelor de aliaj). În plus, călibilitatea depinde de mediul de răcire. Apa oferă o întărire mai mare decât uleiul.

Oțelul cu o fracție de masă de carbon de 0,2% (răcire în apă) după călire va avea o duritate de 25 HRC, iar oțelul cu o fracțiune de masă de carbon de 0,5% după călire va avea o duritate de 45 HRC. În consecință, cu cât oțelul conține mai mult carbon, cu atât duritatea piesei obținute în timpul călirii este mai mare și, în consecință, cu atât adâncimea de călire este mai mare. Pentru a determina adâncimea de călire a oțelurilor de scule carbon, se prepară probe cu lungimea de 100 mm după revenirea înaltă a secțiunilor pătrate sau rotunde (21 ... 23 mm). În mijlocul probelor se face o tăietură cu adâncimea de 5 ... 7 mm. Probele finite sunt călite la următoarele temperaturi: 760; 800; 840 °C. Probele întărite sunt distruse pe piloți cu pendul (sau într-o presă). Adâncimea de călire (strat întărit) sau de necălibilitate (strat neîntărit), de supraîncălzire sau de întărire a fisurilor sunt determinate de starea și tipul de fractură.

Folosind o scară standard, se determină grupul (sau scorul) adâncimii de întărire a probelor întărite la diferite temperaturi. La scara standard, fiecare grupă (de la 0 la V) corespunde adâncimii de călire de la 0,3 mm la 9 mm, prin călibilitate, miez dur, zonă neîntărită și fisuri de întărire. Toate acestea sunt determinate vizual de fractura probelor. În plus, prin fracturarea probelor se poate determina structura de întărire (martensită, semimartensită, troostita, sorbită) sau zona neîntărită (perlită sau ferită + perlită).

În fig. 9, și prezintă în mod convențional mostre de oțel de gradul 40 (GOST 1050-88*) cu un diametru de 12 ... 60 mm după călire și răcire în apă. Probele 1 - 4 primesc întărire completă cu formarea unei structuri de martensită (calibilitate continuă). Pe măsură ce diametrul crește, se formează o întărire continuă, dar structurile vor depinde de viteza critică de întărire: martensită, semimartensită, troostită și sorbitol. Duritatea secțiunii transversale a probei va varia și varia de la 25 la 46 HRC, în funcție de structură. Pe măsură ce diametrul probei crește, rata critică de stingere scade. Structura în secțiune transversală a probei va fi următoarea: martensită, semimartensită, troostita, sorbitol și perlită (sau perlită + ferită). Duritatea de-a lungul secțiunii transversale a probei va fi de 25 ... 46 HRC. Miezul probei, având o structură de sorbitol + perlit, va avea rezistență și rezistență ridicate la impact.

Orez. 9. a - după stingere și răcire în apă; b - dupa stingere si racire in ulei; - martensita; - semi-martensite; - troostita; - sorbitol; - perlit (sau perlit + ferită)

În timpul întăririi continue (răcirea în apă), probele 1 - 4 vor fi casante.

În practică, se folosesc următoarele metode pentru a determina călibilitatea:

• prin structura de fractură a probei;
• pe un tester de duritate tip TK de-a lungul unei secțiuni transversale în mai multe puncte (de la suprafață până la miez);
• prin metoda de întărire finală.

Pentru a determina diametrul pieselor care necesită întărire continuă, trebuie îndeplinită următoarea condiție: diametrul critic de întărire trebuie să fie mai mare decât diametrul produsului.

Când se determină călibilitatea oțelului folosind metoda de călire finală, se recomandă determinarea adâncimii călibilității folosind diferite diagrame.

Defecte de întărire.Încălcarea condițiilor de întărire (temperatura de încălzire, metode de răcire etc.) poate provoca diferite tipuri de defecte ale pieselor și sculelor:

• deformare, deformare și fisuri;
• duritate insuficientă;
• fragilitate crescută;
• formarea de puncte moi;
• redimensionare;
• tensiuni interne;
• oxidare și decarbonizare.

Concediu de odihna. Călirea este procesul tehnologic de încălzire a pieselor după întărire la temperaturi scăzute (150 ... 650 ° C), adică sub punctul critic Ac 1, menținerea la această temperatură și răcirea naturală lentă în aer.

Scopul călirii este de a elimina tensiunile interne ale pieselor după întărire, de a crește rezistența la impact, de a reduce fragilitatea și de a reduce parțial duritatea. Acești indicatori sunt atinși în legătură cu obținerea unei structuri metalice stabile a piesei. Temperatura de revenire depinde de tipul pieselor care se întăresc și de scopul călirii. În practică, se folosesc vacanțe scăzute, medii și mari.

Vacanță scăzută utilizat pentru ameliorarea tensiunilor interne și creșterea rezistenței la impact a sculelor din oțeluri aliate și carbon. În timpul călirii scăzute, piesele sunt încălzite la o temperatură de 150 ... 250 ° C, menținute la această temperatură și răcite în aer. În același timp, duritatea și rezistența la uzură a sculei de tăiere obținute după călire se păstrează.

Călirea scăzută este aplicată sculelor de tăiere și măsurare, părților rulmenților cu bile și cu role, magneților permanenți și pieselor de mașini fabricate din oțeluri structurale aliate, cementate și de înaltă rezistență.

Vacanta medie folosit pentru piese elastice: arcuri, arcuri, scule de impact și ștanțare, bare de torsiune etc. Cu acest tip de revenire, piesele sunt încălzite la o temperatură de 300 ... 500 ° C, încălzite pe toată secțiunea transversală și răcite în aer. . După răcire se obține structura troostită călită. Duritatea pieselor obţinute în timpul călirii după revenire scade considerabil. Rezistența la impact crește brusc, ceea ce duce la o creștere a tenacității ciclice (această proprietate este necesară pentru piesele elastice).

Vacanță mare sunt produse pentru piese de mașini din oțeluri de structură carbon și aliate de înaltă calitate care funcționează sub sarcini grele: arbori, arbori, blocuri dințate, cuplaje cu gheare, mecanisme cu clichet etc. Duritatea pieselor după călire și revenire ridicată, în funcție de calitatea oțelului, este 35 ... 47 HRC.

În timpul călirii înalte, piesele sunt încălzite la o temperatură de 500 ... 650 ° C, menținute la această temperatură și răcite în aer (în unele cazuri, împreună cu cuptorul). După călire, structura pieselor va fi sorbitol călită. Piesa va avea rezistență ridicată la uzură, rezistență, rezistență la impact și ductilitate relativă. În practică, se folosește și revenirea ridicată cu deformarea pieselor în timpul încălzirii (Fig. 10). Piesa este deformată între temperaturile critice Ac 1 și Ac 3. După deformare, piesele sunt răcite lent la o temperatură sub Ac 1, apoi încălzite, menținute și răcite lent.

Orez. 10. t - temperatura; τ - timp; Ac 1, Ac 3 - temperaturi critice; M n - temperatura de început a transformării martensitice

Îmbunătăţire - Aceasta este călirea oțelului urmată de revenire înaltă. Această operațiune termică este utilizată pentru piesele de mașini care funcționează sub sarcini semnificative, inclusiv alternative, și sunt realizate din oțel structural de clase 30, 35, 40, 45, 50, 40X etc.

Îmbătrânire este procesul de modificare a proprietăților aliajelor fără modificarea semnificativă a microstructurii. Dacă o schimbare a durității, rezistenței și ductilității are loc în condiții normale (18 ... 20 ° C), atunci o astfel de îmbătrânire se numește naturală. Dacă procesul are loc la temperaturi ridicate (120 ... 150 ° C), atunci îmbătrânirea se numește artificială.

Odată cu îmbătrânirea naturală, piesele durează câteva luni, cu îmbătrânire artificială - 24 ... 36 de ore.În timpul procesului de îmbătrânire, solubilitatea elementelor chimice (carbon, siliciu și mangan, precum și aditivi de aliere) în structura pieselor este stabilizate și, odată cu acestea, structurile sunt stabilizate.

Călirea ca tratament termic este o operație obligatorie după călire și se realizează concomitent cu călirea imediat după răcirea pieselor.

4. Tratament chimico-termic

Întărirea suprafeței.În timpul funcționării pieselor, mecanismelor și sculelor mașinii, suprafețele de lucru (frecare) ale pieselor și sculelor se uzează și necesită reascuțire sau înlocuire completă.

Purtarea suprafețelor de lucru chiar și la o adâncime mică poate duce la consecințe grave. Pentru a conferi suprafețelor de lucru rezistență ridicată la uzură, fiabilitate și durabilitate, se folosesc diverse metode tehnologice de călire a acestor suprafețe. Există următoarele tipuri de acoperiri:

• acoperiri monocomponente - saturarea suprafețelor cu un element chimic (metal sau nemetal): carbon, azot, crom, tantal, mangan etc.;
• acoperiri cu două componente - saturarea suprafețelor cu două elemente chimice (metal și nemetal): carbon + crom, carbon + bor, carbon + azot, carbon + mangan, carbon + sulf etc.;
• acoperiri cu mai multe componente: carbon + crom + azot, carbon + bor + azot, carbon + fosfor + azot, crom + amoniu + siliciu etc.

Un grup separat este format din acoperiri realizate din compuși chimici: carburi, nitruri și oxizi.

Cu diferențe vizibile în procesele tehnologice, întărirea suprafețelor de lucru (frecare) constă în saturarea acestora cu orice metale sau nemetale sub influența temperaturii sau a altor procese fizice și chimice.

Tratamentul chimico-termic în funcție de scopul propus este împărțit în două grupe:

• tratament chimico-termic conceput pentru a crește rezistența la uzură și duritatea suprafețelor suprafețelor de lucru ale pieselor. Acest tip de prelucrare include carburarea, nitrurarea, nitrocarburarea și metalizarea prin difuzie;

• tratament chimico-termic utilizat pentru a obține proprietăți anti-fricțiune ridicate (presiune extremă). Un element chimic care saturează suprafața pieselor previne uzura și lipirea suprafețelor de frecare. Acest tip include sulfurarea, placarea cu plumb, telurarea etc.

Astfel, tratarea chimico-termică este de obicei numită proces tehnologic care constă în saturarea stratului superficial al pieselor la temperaturi ridicate cu metale sau nemetale prin metoda difuziei.

Tratamentul chimico-termic este utilizat pentru a crește duritatea, rezistența la uzură, rezistența la coroziune și oboseală, precum și pentru finisarea decorativă.

Tratamentul chimico-termic al pieselor se realizează într-un mediu (carburator), ai cărui atomi pot difuza pe suprafața acestor piese. Procesele de tratare chimico-termică constau în trei etape: disociere, adsorbție și difuzie. Disociere - este eliberarea de atomi de elemente chimice (metale și nemetale) capabile să se dizolve în metale (aliaje) ale pieselor prin difuzie. Acest proces are loc într-un mediu gazos. Adsorbţie - este contactul atomilor izolați (disociați) ai elementelor chimice (metale și nemetale) cu suprafețele pieselor și formarea unei legături chimice cu atomii metalici ai pieselor.

Difuzia este procesul de penetrare a unui element saturant în rețelele atomice ale pieselor metalice.

Cu cât temperatura de încălzire a pieselor este mai mare, cu atât trec mai repede toate cele trei etape. Procesul este activ mai ales la temperaturi egale cu cele critice, deoarece la aceste temperaturi are loc o restructurare a rețelelor atomice ale metalului pieselor. În timpul procesului de restructurare, atomii elementului difuzor sunt introduși cu succes în rețelele atomice sau înlocuiesc atomii metalici ai pieselor din acestea.

Tratamentul chimico-termic are o serie de avantaje în comparație cu tratamentul termic:

• capacitatea de a prelucra piese și instrumente de orice formă, complexitate și configurație;
• diferența dintre proprietățile mecanice ale părții de lucru a pieselor și miezul acestora;
• posibilitatea eliminării defectelor de supraîncălzire prin tratament termic ulterior;
• posibilitatea de călire a oțelurilor cu conținut scăzut de carbon.

Orez. unsprezece. 1 - carburator solid; 2 - martori; 3 - cutie de cimentare; 4 - piese cimentate

Cimentare. Cimentarea este o operație chimico-termică în care stratul de suprafață al pieselor este saturat cu carbon. Cimentarea se realizează pentru a obține o duritate ridicată și rezistență la uzură a suprafeței pieselor cu rezistență mare la impact a miezului. Acestea cimentează piese din oțel cu o fracție de masă de carbon de până la 0,25%, funcționând sub frecare și sub sarcini alternative: roți dințate, blocuri dințate, role de distribuție și came, came, tacheți de supapă și alte piese, precum și instrumente de măsurare - calibre, șabloane, sonde etc. Suprafața pieselor și sculelor este saturată cu carbon în unele cazuri până la o adâncime de 1,4 mm, de obicei acest strat este de 0,8 mm. Fracția de masă a carbonului saturată în suprafața pieselor ajunge la 0,8 ... 1,0%. Concentrația de carbon scade de la suprafața piesei la miez. Astfel, piesele din carbon structural și oțeluri slab aliate, care nu răspund la îmbunătățire prin călire, sunt supuse carburării.

Fluidul de lucru în care se efectuează tratamentul chimico-termic se numește carburator. Există carburații în carburatoarele solide, lichide și gazoase. Pentru carburarea într-un carburator solid, piesele care urmează să fie carburate sunt plasate într-o cutie de oțel (Fig. 11), care sunt turnate uniform peste carburator. Probele de control, așa-numitele martori, sunt plasate simultan cu carburatorul. În timpul procesului de încălzire și menținere, probele de control sunt îndepărtate, iar progresul procesului tehnologic este determinat din acestea.

În fig. Figura 12 arată dependența concentrației de carbon de adâncimea de saturație. Astfel, la o adâncime de saturație de 0,1 mm, concentrația de carbon ajunge la 1%, 0,2 mm - 0,9%, 1 mm - 0,6%, 1,6 mm - 0,16%. Această concentrație de carbon în suprafețele pieselor de frecare (dințate, angrenaje, arbori, osii etc.) asigură fiabilitatea și durabilitatea perechii de contact.

Orez. 12.

În timpul cimentării, în funcție de adâncimea saturației cu carbon, se formează diverse microstructuri (Fig. 13). Înainte de tratamentul termic, la o adâncime de până la 1 mm va exista o structură de cementită, mai mult de 1 mm - perlit și mai departe - ferită. După tratamentul termic (întărire), la o adâncime de până la 1 mm va exista o structură de martensită, apoi troostita și sorbitol. La o adâncime mai mare de 2 ... 3 mm - structura originală.

Orez. 13. Diverse microstructuri formate în timpul cimentării, în funcție de adâncimea saturației cu carbon:1 - zona hipereutectoidă (P+C); 2 - zona eutectoidă (P); 3 - zona hipoeutectoidă (P + F); 4 - miez

Cimentarea în mediu gazos este principalul proces chimico-termic în producția de masă. Cementarea cu gaz se realizează în cuptoare cu mufă sau cu arbore în atmosferă carburată. Atmosfera cuptorului este carbonizată cu metan, kerosen sau benzen. După cementarea cu gaz, se utilizează călirea urmată de revenirea scăzută. Cimentarea cu gaz face posibilă controlul procesului, care, la rândul său, creează condiții pentru mecanizarea și automatizarea producției.

În timpul cimentării, se formează următoarele defecte:

• coroziunea stratului de suprafață cu sărurile de sulfat de bariu;
• fracțiunea de masă redusă a carbonului în stratul cimentat;
• decarburarea care apare in timpul procesului de racire din cauza fisurilor sau arsurilor din cutii;
• adâncimea neuniformă a stratului cimentat din cauza schimbărilor de temperatură în cuptor;
• suprasaturarea cu carbon în stratul cimentat din cauza încălcării regimurilor de temperatură și timp, precum și din cauza conținutului ridicat de carbonați din carburator;
• adâncime mică a stratului cimentat, care apare la temperaturi și expuneri scăzute;
• oxidarea internă care are loc în timpul carburării gazului datorită conținutului ridicat de oxigen din atmosfera cuptorului.

Apariția acestor defecte poate fi evitată prin respectarea compoziției chimice a carburatoarelor, a condițiilor termice și de timp. Corectarea defectelor pieselor mașinii se realizează prin normalizare suplimentară și tratament chimico-termic ulterior.

Nitrurare. Nitrurarea este un proces de tratare chimico-termic în care suprafețele pieselor sunt saturate cu azot. Nitrurarea se realizează pentru a obține o duritate mare a suprafeței, rezistență la uzură, rezistență la oboseală și rezistență la uzură, creșterea limitei de anduranță, rezistența la coroziune în atmosferă, apă dulce și vapori de apă, precum și rezistența la cavitație a diferitelor piese și unelte. Nitrurarea este folosită și pentru finisarea decorativă. Stratul nitrurat poate avea până la 0,5 mm adâncime și are o duritate de 1.000 ... 1.100 HV, ceea ce este mult mai dur decât cementitul. Datorită duratei procesului (până la 90 de ore) și a costului ridicat, nitrurarea este utilizată mai puțin frecvent decât carburarea. Procesul de nitrurare se desfășoară într-un mediu cu amoniac la temperaturi de 500 ... 600 °C. Când este încălzit, azotul atomic este eliberat din amoniac, care difuzează în suprafața pieselor. Pentru a accelera procesul de nitrurare se utilizează un ciclu în două etape (Fig. 14). Această tehnologie de nitrurare accelerează procesul de 1,5 - 2 ori. În primul rând, piesa este încălzită la o temperatură de 500 ... 520 °C, apoi se efectuează încălzirea rapidă la o temperatură de 580 ... 600 °C și apoi - expunere pe termen lung și răcire împreună cu cuptorul sau în aer.

Orez. 14. t - temperatura; τ - timp

Nitrurarea lichidă se efectuează la o temperatură de 570 °C într-o topitură de săruri care conțin azot. Nitrurarea lichidă accelerează procesul de zece ori și crește semnificativ vâscozitatea piesei. Dezavantajul nitrurării lichide este utilizarea sărurilor de cianură toxice.

Astfel, nitrurarea este o operațiune tehnologică polivalentă de tratament chimico-termic, efectuată pentru a crește rezistența și alte proprietăți ale diferitelor oțeluri structurale, de scule și aliaje din carbon și aliaje (rezistente la coroziune, la căldură și la căldură), materiale refractare și sinterizate, precum și acoperiri galvanice și de difuzie.

În timpul procesului de nitrurare pot apărea defecte. Deformarea și modificările dimensiunilor pieselor apar din cauza solicitărilor interne mari din cauza creșterii volumului stratului nitrurat. Pentru a elimina acest defect în timpul prelucrării, este necesară reducerea dimensiunilor cu 4 ... 6% din adâncimea stratului nitrurat.

Friantitatea și decojirea apar atunci când stratul nitrurat este suprasaturat cu azot. La suprafață se formează o crustă fragilă la o adâncime de 0,05 mm și se desprinde. Acest defect poate fi eliminat prin șlefuire.

Duritatea redusă, duritatea pete sau adâncimea redusă a stratului nitrurat sunt defecte care apar atunci când nu se respectă compoziția chimică a mediului, pregătirea defectuoasă a suprafeței pieselor și încălcarea regimului termic. Pentru a evita apariția acestor defecte, este necesar să se respecte cerințele tehnologice pentru pregătirea pieselor pentru nitrurare și să se respecte succesiunea procesului tehnologic.

Cianurare și nitrocarburare. Cianurarea este procesul de saturare a suprafeței pieselor cu carbon și azot simultan. Piesele din oțeluri cu o fracție de masă de carbon de 0,3 ... 0,4% sunt supuse cianurarii. Cianurarea este efectuată pentru a crește duritatea suprafeței, rezistența, rezistența la uzură, anduranța și alte proprietăți mecanice și operaționale. Cianurarea are o serie de avantaje față de alte tipuri de procesare chimico-termică: capacitatea de a procesa părți de forme complexe, durată scurtă a procesului și practic nicio deformare sau deformare a pieselor în timpul procesării. Ca dezavantaje, trebuie remarcate costurile ridicate ale protectiei muncii datorate toxicitatii si costul ridicat al sarurilor de cianura. Toate acestea cresc semnificativ costul pieselor cianurate.

Există cianurare lichidă și gazoasă. Cianurarea gazelor se numește nitrocarburare.

Cianurarea lichidă se efectuează într-un mediu de săruri topite de cianura de sodiu. Se realizează la o temperatură de 820 ... 850 sau 900 ... 950 °C. Procesul, realizat la o temperatură de 820 ... 850 °C, în 30 ... 90 de minute, vă permite să obțineți un strat de până la 0,35 mm grosime, saturat cu carbon și azot, iar la 900 ... 950 ° C în 2 ... 6 ore - un strat de până la 2 mm grosime. În fig. Figura 15 arată dependența grosimii stratului cianurat de temperatură și durata procesului. De exemplu, cu un timp de menținere de 2 ore la o temperatură de 890 °C, adâncimea stratului cianurat ajunge la 0,6 mm și cu o durată de menținere de 4,5 ore la o temperatură de 830 °C - de asemenea 0,6 mm.

După cianurare, se efectuează călirea și revenirea scăzută. Duritatea stratului cianurat ajunge la 58 ... 62 HRC.

În practică, cianurarea la temperatură scăzută în sărurile de cianura topite este utilizată pentru cementarea sculelor din oțeluri de mare viteză. Se efectuează la o temperatură de 540 ... 560 ° C cu un timp de menținere de 1,0 ... 1,5 ore.. Ca urmare a acestui tratament, stratul cianurat va avea o duritate de 950 ... 1.100 HV.

Orez. 15.

Fracția de masă a carbonului în procesul de cianurare ajunge la 1%, azotul - 0,2%. Acești indicatori depind de temperatura de cianurare (Fig. 16).

Metalizarea prin difuzie. Procesul de saturare a stratului de suprafață al pieselor prin difuzie la temperatură ridicată

Orez. 16. Conținutul de carbon (C) și azot (N) în timpul procesului de cianurare

diferite metale se numește metalizare prin difuzie. Poate fi realizat în carburatoare solide, lichide și gazoase (metalizatoare).

Metalizatoarele solide sunt amestecuri de pulberi formate din feroaliaje: ferocrom, crom metalic, clorură de amoniu etc.

Metalizatoarele lichide sunt de obicei metal topit, cum ar fi zincul, aluminiul etc.

Metalizatoarele de gaz sunt cloruri volatile ale metalelor: aluminiu, crom, siliciu, titan etc.

În funcție de metalul de difuzie utilizat al pieselor, se disting următoarele tipuri de metalizare prin difuzie: aluminizare (saturare cu aluminiu), cromare, placare cu titan, placare cu wolfram, sulfatare (saturare cu sulf), borurare etc.

Aluminizant efectuat la o temperatură de 700 ... 1.100 °C. În stratul de suprafață din structura α-fierului, aluminiul se dizolvă, la suprafață se formează o peliculă densă de oxid de aluminiu, care are rezistență ridicată la coroziune în atmosferă și apă de mare, precum și rezistență la scară mare la temperaturi de 800 . .. 850 ° C, duritate 500 HV. Aluminizarea se aplică pieselor care funcționează la temperaturi ridicate: supape de motor, capace pentru termocupluri etc. Aluminizarea se realizează prin următoarele metode: în amestecuri de pulberi, în aluminiu topit, prin electroliză, în aerosoli cu pulverizare de aluminiu și gaz. Placare cu crom supuse pieselor care funcționează în medii agresive: părți ale instalațiilor de abur, dispozitive abur-apă, piese și ansambluri care funcționează în medii gazoase la temperaturi ridicate. Cromarea se realizează în amestecuri de pulbere, vid, crom topit, mediu gazos și mase ceramice. Suprafața, saturată cu crom până la o adâncime de 0,15 mm, este rezistentă la calcar în mediu gazos până la o temperatură de 800 ° C, în apă dulce și de mare și în acizi slabi. Orice oțel poate fi cromat. Duritatea stratului de crom din suprafață ajunge la 1.200 ... 1.300 HV. Pentru a crește duritatea și duritatea, după cromare, piesele sunt normalizate.

Unul dintre procesele tehnologice ale tratamentului de călire este tratament termomecanic (TMT).

Tratamentul termo-mecanic se referă la metode combinate de modificare a structurii și proprietăților materialelor.

Prelucrarea termo-mecanică combină deformarea plastică și tratamentul termic (călirea oțelului predeformat în stare austenitică).

Avantajul tratamentului termomecanic este că la o creștere semnificativă a rezistenței, caracteristicile de ductilitate scad ușor, iar rezistența la impact este de 1,5...2 ori mai mare față de rezistența la impact pentru același oțel după călire cu călire scăzută.

În funcție de temperatura la care se efectuează deformarea, se face distincția între tratamentul termomecanic la temperatură înaltă (HTMT) și tratamentul termomecanic la temperatură joasă (LTMT).

Esența tratamentului termomecanic la temperatură înaltă este încălzirea oțelului la temperatura stării austenitice (mai sus A 3 ). La această temperatură, oțelul este deformat, ceea ce duce la întărirea austenitei. Oţelul cu această stare de austenită este supus călirii (Fig. 16.1 a).

Prelucrarea termomecanică la temperatură înaltă elimină practic dezvoltarea fragilizării la temperatură în intervalul de temperatură periculos, slăbește fragilizarea ireversibilă la temperatură și crește dramatic duritatea la temperatura camerei. Pragul de temperatură pentru fragilitatea la rece scade. Tratamentul termomecanic la temperatură înaltă crește rezistența la rupere fragilă și reduce sensibilitatea la fisurare în timpul tratamentului termic.

Orez. 16.1. Schema modurilor de tratare termomecanica a otelului: a – tratament termomecanic la temperatura inalta (HTMT); b – tratament termomecanic la temperatură joasă (LTMT).

Prelucrarea termomecanică la temperatură înaltă poate fi utilizată eficient pentru oțelurile carbon, aliaje, structurale, pentru arc și pentru scule.

Revenirea ulterioară la o temperatură de 100...200 o C se efectuează pentru a menține valori ridicate de rezistență.

Prelucrare termomecanica la temperatura joasa (ausformare).

Oțelul este încălzit până la o stare austenitică. Apoi se menține la o temperatură ridicată, se răcește la o temperatură peste temperatura de începere a transformării martensitice (400...600 o C), dar sub temperatura de recristalizare, iar la această temperatură se efectuează tratarea și stingerea sub presiune ( Fig. 16.1 b).

Tratamentul termomecanic la temperatură joasă, deși oferă o întărire mai mare, nu reduce tendința oțelului de a tempera fragilitatea. În plus, necesită grade mari de deformare (75...95%), deci sunt necesare echipamente puternice.

Prelucrarea termomecanică la temperatură joasă se aplică oțelurilor aliaje cu carbon mediu întărite cu martensită care au stabilitatea secundară a austenitei.

Creșterea rezistenței în timpul tratamentului termomecanic se explică prin faptul că, ca urmare a deformării austenitei, boabele (blocurile) acesteia sunt zdrobite. Dimensiunile blocurilor sunt reduse de două până la patru ori comparativ cu călirea convențională. Crește și densitatea de dislocare. Odată cu stingerea ulterioară a unei astfel de austenite, se formează plăci de martensită mai mici și se reduc tensiunile.

Proprietățile mecanice după diferite tipuri de TMT pentru oțelurile de inginerie au în medie următoarele caracteristici (a se vedea tabelul 16.1):

Tabelul 16.1. Proprietățile mecanice ale oțelurilor după TMT

Test

În știința materialelor

Pe tema: „Tratamentul termic al metalelor și aliajelor”

Izhevsk

1. Introducere

2. Scopul și tipurile de tratament termic

4. Călire

6.Îmbătrânirea

7.Tratament la rece

8.Tratament termomecanic

9. Scopul și tipurile de tratament chimico-termic

10. Tratament termic al aliajelor de metale neferoase

11.Concluzie

12.Literatura

Introducere

Tratamentul termic este utilizat în diferite etape de producție a pieselor de mașini și a produselor metalice. În unele cazuri, poate fi o operațiune intermediară care servește la îmbunătățirea prelucrabilității aliajelor prin presiune și tăiere; în altele, este operația finală care oferă setul necesar de indicatori ai proprietăților mecanice, fizice și operaționale ale produselor sau semințelor. -produse terminate. Produsele semifabricate sunt supuse unui tratament termic pentru a îmbunătăți structura, a reduce duritatea (lucrabilitate îmbunătățită), iar piesele - pentru a le conferi anumite proprietăți necesare (duritate, rezistență la uzură, rezistență și altele).

Ca urmare a tratamentului termic, proprietățile aliajelor pot fi modificate în limite largi. Posibilitatea de a crește semnificativ proprietățile mecanice după tratamentul termic în comparație cu starea inițială face posibilă creșterea tensiunilor admisibile, reducerea dimensiunii și greutății mașinilor și mecanismelor și creșterea fiabilității și a duratei de viață a produselor. Îmbunătățirea proprietăților ca urmare a tratamentului termic permite utilizarea aliajelor cu compoziții mai simple și, prin urmare, mai ieftine. Aliajele dobândesc, de asemenea, unele proprietăți noi și, prin urmare, domeniul lor de aplicare se extinde.

Scopul și tipurile de tratament termic

Tratamentul termic (termic) se referă la procesele a căror esență este încălzirea și răcirea produselor după anumite moduri, având ca rezultat modificări ale structurii, compoziției fazelor, proprietăților mecanice și fizice ale materialului, fără modificarea compoziției chimice.

Scopul tratamentului termic al metalelor este de a obține duritatea necesară și de a îmbunătăți caracteristicile de rezistență ale metalelor și aliajelor. Tratamentul termic este împărțit în termic, termomecanic și chimico-termic. Tratamentul termic este doar expunere termică, termomecanic este o combinație de expunere termică și deformare plastică, chimic-termic este o combinație de expunere termică și chimică. Tratamentul termic, în funcție de starea structurală obținută în urma aplicării sale, se împarte în recoacere (primul și al doilea fel), călire și revenire.

Recoacerea

recoacerea - Tratamentul termic constă în încălzirea metalului la anumite temperaturi, menținerea acestuia și apoi răcirea foarte lent împreună cu cuptorul. Folosit pentru a îmbunătăți tăierea metalului, a reduce duritatea, a obține o structură a granulelor și, de asemenea, pentru a reduce stresul, elimină parțial (sau complet) tot felul de neomogenități care au fost introduse în metal în timpul operațiunilor anterioare (prelucrare, tratare sub presiune, turnare, sudare), îmbunătățește structura oțelului.

Recoacerea de primul fel. Aceasta este o recoacere în care nu au loc transformări de fază și, dacă acestea apar, nu afectează rezultatele finale destinate scopului propus. Se disting următoarele tipuri de recoacere de primul fel: omogenizare și recristalizare.

Omogenizare– aceasta este recoacerea cu expunere lungă la temperaturi peste 950ºС (de obicei 1100–1200ºС) pentru a egaliza compoziția chimică.

Recristalizare- Este vorba de recoacerea otelului calit la o temperatura care depaseste temperatura la care incepe recristalizarea, pentru a elimina intarirea si a obtine o anumita granulatie.

Recoacerea de al doilea fel. Aceasta este recoacere, în care transformările de fază determină scopul propus. Se disting următoarele tipuri: complete, incomplete, de difuzie, izoterme, ușoare, normalizate (normalizare), sferoidizante (pentru perlit granular).

Recoacere completă produs prin încălzirea oțelului cu 30–50 °C deasupra punctului critic, menținerea la această temperatură și răcirea lent la 400–500 °C la o viteză de 200 °C pe oră pentru oțelurile carbon, 100 °C pe oră pentru oțelurile slab aliate și 50 °C în oră pentru oțelurile înalt aliate. Structura oțelului după recoacere este echilibrată și stabilă.

Recoacere parțială produs prin încălzirea oțelului la una dintre temperaturile situate în domeniul de transformare, menținere și răcire lentă. Recoacere parțială este utilizată pentru a reduce tensiunile interne, pentru a reduce duritatea și pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea.

Recoacere prin difuzie. Metalul este încălzit la temperaturi de 1100–1200ºС, deoarece în acest caz procesele de difuzie necesare pentru a egaliza compoziția chimică au loc mai complet.

Recoacere izotermă este după cum urmează: oțelul este încălzit și apoi răcit rapid (de obicei prin transferul lui într-un alt cuptor) la o temperatură sub temperatura critică cu 50–100ºС. Folosit în principal pentru oțeluri aliate. Beneficiază din punct de vedere economic, deoarece durata recoacerii convenționale este de (13 – 15) ore, iar recoacerea izotermă (4 – 6) ore

Recoacere sferoidizanta (pe perlita granulara) constă în încălzirea oțelului peste temperatura critică cu 20 - 30 ° C, menținându-l la această temperatură și răcind încet.

Recoacere strălucitoare efectuate după modurile de recoacere completă sau incompletă folosind atmosfere protectoare sau în cuptoare cu vid parțial. Este folosit pentru a proteja suprafața metalică de oxidare și decarburare.

Normalizare– constă în încălzirea metalului la o temperatură (30–50) ºС peste punctul critic și răcirea ulterioară în aer. Scopul normalizării variază în funcție de compoziția oțelului. În loc de recoacere, oțelurile cu conținut scăzut de carbon sunt normalizate. Pentru oțelurile cu carbon mediu, se folosește normalizarea în loc de călire și revenire ridicată. Oțelurile cu conținut ridicat de carbon sunt supuse normalizării pentru a elimina rețeaua de cementită. Normalizarea urmată de revenire înaltă este utilizată în loc de recoacere pentru a corecta structura oțelurilor aliate. Normalizarea, în comparație cu recoacere, este o operațiune mai economică, deoarece nu necesită răcire cu cuptorul.

întărire

întărire– aceasta este încălzirea la temperatura optimă, menținerea și răcirea rapidă ulterioară pentru a obține o structură de dezechilibru.

Ca urmare a călirii, rezistența și duritatea oțelului crește, iar ductilitatea oțelului scade. Parametrii principali în timpul întăririi sunt temperatura de încălzire și viteza de răcire. Viteza critică de stingere este viteza de răcire care asigură formarea unei structuri - martensită sau martensită și austenită reținută.

În funcție de forma piesei, de calitatea oțelului și de setul de proprietăți necesar, se folosesc diverse metode de întărire.

Stingere într-un singur răcitor. Piesa este încălzită la temperatura de întărire și răcită într-un răcitor (apă, ulei).

Întărire în două medii (călire intermitentă)– aceasta este călirea în care piesa este răcită secvenţial în două medii: primul mediu este lichid de răcire (apa), al doilea este aer sau ulei.

Întărirea treptei. O parte încălzită la temperatura de călire este răcită în săruri topite; după menținerea timpului necesar pentru a egaliza temperatura pe întreaga secțiune transversală, piesa este răcită în aer, ceea ce ajută la reducerea tensiunilor de călire.

Întărire izotermă la fel ca cel în trepte, este produs în două medii de răcire. Temperatura mediului fierbinte (sare, nitrat sau băi alcaline) este diferită: depinde de compoziția chimică a oțelului, dar este întotdeauna cu 20–100 °C peste punctul de transformare martensitic pentru un anumit oțel. Răcirea finală la temperatura camerei se realizează în aer. Călirea izotermă este utilizată pe scară largă pentru piesele din oțeluri înalt aliate. După călirea izotermă, oțelul capătă proprietăți de rezistență ridicată, adică o combinație de duritate și rezistență ridicate.

Întărire cu autocalare Este utilizat pe scară largă în producția de scule. Procesul constă în faptul că piesele sunt păstrate într-un mediu de răcire nu până când sunt complet răcite, ci la un moment dat sunt îndepărtate din acesta pentru a reține o anumită cantitate de căldură în miezul piesei, datorită care se efectuează călirea ulterioară.

Concediu de odihna

Concediu de odihna oțelul este operația finală de tratament termic care formează structura și, prin urmare, proprietățile oțelului. Călirea constă în încălzirea oțelului la diferite temperaturi (în funcție de tipul de revenire, dar întotdeauna sub punctul critic), menținerea acestuia la această temperatură și răcirea la viteze diferite. Scopul călirii este de a ameliora tensiunile interne apărute în timpul procesului de călire și de a obține structura necesară.

În funcție de temperatura de încălzire a piesei călite, se disting trei tipuri de revenire: înaltă, medie și scăzută.

Vacanță mare produs la temperaturi de încălzire peste 350–600 °C, dar sub punctul critic; o astfel de revenire este utilizată pentru oțelurile de structură.

Vacanta medie produs la temperaturi de încălzire de 350 – 500 °C; O astfel de revenire este utilizată pe scară largă pentru oțelurile pentru arc și arc.

Vacanță scăzută produs la temperaturi de 150–250 °C. Duritatea piesei după călire rămâne aproape neschimbată; temperatură scăzută este utilizată pentru oțelurile de scule carbon și aliate, care necesită duritate mare și rezistență la uzură.

Controlul temperării se realizează prin pătarea culorilor care apar pe suprafața piesei.

Îmbătrânire

Îmbătrânire este un proces de modificare a proprietăților aliajelor fără modificări vizibile ale microstructurii. Se cunosc două tipuri de îmbătrânire: termică și deformare.

Îmbătrânire termică apare ca urmare a modificărilor solubilității carbonului în fier în funcție de temperatură.

Dacă la temperatura camerei are loc o schimbare a durității, ductilității și rezistenței, atunci se numește o astfel de îmbătrânire natural.

Dacă procesul are loc la temperaturi ridicate, atunci se numește îmbătrânire artificial.

Îmbătrânire prin deformare (mecanică). apare după deformarea plastică la rece.

Tratament la rece

Un nou tip de tratament termic pentru a crește duritatea oțelului prin transformarea austenitei reținute din oțel întărit în martensită. Acest lucru se realizează prin răcirea oțelului la temperatura punctului martensitic inferior.

Metode de întărire a suprafeței

Întărirea suprafeței este un proces de tratament termic care presupune încălzirea stratului de suprafață de oțel la o temperatură peste critică și răcirea ulterioară pentru a obține o structură de martensită în stratul de suprafață.

Se disting următoarele tipuri: călirea prin inducție; întărire în electrolit, întărire la încălzire cu curenți de înaltă frecvență (HF), întărire cu încălzire cu flacără de gaz.

Întărire prin inducție se bazează pe un fenomen fizic, a cărui esență este că un curent electric de înaltă frecvență care trece printr-un conductor creează un câmp electromagnetic în jurul acestuia. Curenții turbionari sunt induși pe suprafața unei piese plasate în acest câmp, determinând încălzirea metalului la temperaturi ridicate. Acest lucru face posibilă producerea transformărilor de fază.

În funcție de metoda de încălzire, întărirea prin inducție este împărțită în trei tipuri:

încălzirea și întărirea simultană a întregii suprafețe (utilizată pentru piese mici);

încălzirea și călirea secvențială a secțiunilor individuale (utilizate pentru arbori cotiți și piese similare);

încălzire și stingere continuu-secvențială prin mișcare (folosit pentru piese lungi).

Întărire la flacără de gaz. Procesul de întărire cu flacără gazoasă constă în încălzirea rapidă a suprafeței unei piese cu o flacără de acetilenă-oxigen, gaz-oxigen sau oxigen-kerosen până la temperatura de întărire, urmată de răcire cu apă sau emulsie.

Stingere în electrolit. Procesul de întărire într-un electrolit este următorul: piesa de întărit este coborâtă într-o baie de electrolit (5-10% soluție de sare calcinată) și este trecut un curent de 220-250 V. Ca urmare, piesa este încălzită la temperaturi ridicate. Piesa este răcită fie în același electrolit (după oprirea curentului), fie într-un rezervor special de stingere.

Tratament termo-mecanic

Tratamentul termo-mecanic (T.M.O.) este o nouă metodă de întărire a metalelor și aliajelor menținând în același timp o ductilitate suficientă, combinând deformarea plastică și tratamentul termic de întărire (călire și revenire). Există trei metode principale de prelucrare termomecanică.

Tratament termomecanic la temperatură joasă (L.T.M.O.) se bazează pe călirea în trepte, adică deformarea plastică a oțelului se realizează la temperaturi de stabilitate relativă a austenitei, urmată de călire și revenire.

Tratament termomecanic la temperatură înaltă (H.T.M.O.) deformarea plastică se realizează la temperaturi de stabilitate a austenitei, urmată de călire și revenire.

Tratament termomecanic preliminar (P.T.M.O.)În acest caz, deformarea poate fi efectuată la temperaturi N.T.M.O și V.T.M.O sau la o temperatură de 20ºC. În continuare, se efectuează tratamentul termic obișnuit: întărire și revenire.

Tratamentul termic al aliajelor este o parte integrantă a procesului de producție al metalurgiei feroase și neferoase. Ca urmare a acestei proceduri, metalele își pot schimba caracteristicile la valorile cerute. În acest articol ne vom uita la principalele tipuri de tratament termic utilizat în industria modernă.

Esența tratamentului termic

În timpul procesului de producție, semifabricatele și piesele metalice sunt supuse unui tratament termic pentru a le conferi proprietățile dorite (rezistență, rezistență la coroziune și uzură etc.). Tratamentul termic al aliajelor este un ansamblu de procese create artificial în timpul cărora au loc modificări structurale și fizico-mecanice în aliaje sub influența temperaturilor ridicate, dar compoziția chimică a substanței este păstrată.

Scopul tratamentului termic

Produsele metalice care sunt folosite zilnic în orice sector al economiei naționale trebuie să îndeplinească cerințe ridicate de rezistență la uzură. Metalul, ca materie primă, trebuie să îmbunătățească proprietățile de performanță necesare, care pot fi obținute prin expunerea la temperaturi ridicate. Temperaturile termice ridicate modifică structura originală a unei substanțe, redistribuie componentele sale constitutive și transformă dimensiunea și forma cristalelor. Toate acestea conduc la minimizarea stresului intern al metalului și astfel crește proprietățile fizice și mecanice ale acestuia.

Tipuri de tratament termic

Tratarea termică a aliajelor metalice se rezumă la trei procese simple: încălzirea materiei prime (produs semifabricat) la temperatura necesară, menținerea acesteia în condițiile specificate pentru timpul necesar și răcirea rapidă. În producția modernă, se folosesc mai multe tipuri de tratament termic, care diferă în unele caracteristici tehnologice, dar algoritmul procesului rămâne în general același peste tot.

În funcție de metoda de implementare, tratamentul termic poate fi de următoarele tipuri:

• Termice (călire, călire, recoacere, îmbătrânire, tratament criogenic).
• Termo-mecanica presupune prelucrarea la temperaturi ridicate in combinatie cu solicitarea mecanica asupra aliajului.
• Chimico-termic presupune tratarea termică a metalului cu îmbogățirea ulterioară a suprafeței produsului cu elemente chimice (carbon, azot, crom etc.).

Recoacerea

Recoacerea este un proces de producție în care metalele și aliajele sunt încălzite la o temperatură dată, iar apoi, împreună cu cuptorul în care a avut loc procedura, se răcesc foarte lent în mod natural. Ca urmare a recoacirii, este posibilă eliminarea neomogenităților în compoziția chimică a substanței, ameliorarea stresului intern, realizarea unei structuri granulare și îmbunătățirea acesteia ca atare, precum și reducerea durității aliajului pentru a facilita prelucrarea ulterioară a acestuia. Există două tipuri de primul și al doilea fel.

Recoacerea de primul fel implică un tratament termic, în urma căruia modificările stării de fază a aliajului sunt nesemnificative sau absente cu totul. De asemenea, are soiuri proprii: omogenizat - temperatura de recoacere este de 1100-1200, in astfel de conditii aliajele se pastreaza 8-15 ore, recristalizare (la t 100-200) recoacerea se foloseste la otelul nituit, adica deformat cand deja este frig.

Recoacere de ordinul doi duce la schimbări semnificative de fază în aliaj. De asemenea, are mai multe soiuri:

• Recoacere completă este încălzirea aliajului cu 30-50 peste temperatura critică caracteristică a unei substanțe date și răcirea la o viteză specificată (200 / oră - oțeluri carbon, 100 / oră și 50 / oră - oțeluri slab aliate și, respectiv, înalt aliate ).
• Incomplet - încălzire până la un punct critic și răcire lentă.
• Difuziune - temperatura de recoacere 1100-1200.
• Izotermă - încălzirea are loc în același mod ca și în timpul recoacerii complete, dar după aceasta, răcirea rapidă este efectuată la o temperatură puțin sub critică și lăsată să se răcească în aer.
• Normalizat - recoacere completă urmată de răcirea metalului în aer, mai degrabă decât într-un cuptor.

întărire

Călirea este o manipulare cu un aliaj, al cărei scop este realizarea unei transformări martensitice a metalului, care reduce ductilitatea produsului și crește rezistența acestuia. Întărirea, precum și recoacere, implică încălzirea metalului într-un cuptor peste o temperatură critică până la temperatura de întărire; diferența este o viteză de răcire mai mare, care are loc într-o baie de lichid. În funcție de metal și chiar de forma acestuia, se folosesc diferite tipuri de întărire:

• Călirea într-un singur mediu, adică într-o singură baie cu lichid (apă pentru piesele mari, ulei pentru părțile mici).
• Călirea intermitentă - răcirea are loc în două etape succesive: mai întâi într-un lichid (un lichid de răcire mai ascuțit) la o temperatură de aproximativ 300, apoi în aer sau într-o altă baie de ulei.
• Treptat - când produsul ajunge la temperatura de întărire, este răcit pentru o perioadă de timp în săruri topite, urmat de răcire în aer.
• Izotermă - tehnologia este foarte asemănătoare întăririi în trepte, diferă doar în timpul de expunere a produsului la temperatura de transformare martensitică.
• Călirea cu autocalare diferă de alte tipuri prin faptul că metalul încălzit nu este complet răcit, lăsând o zonă caldă în mijlocul piesei. Ca urmare a acestei manipulări, produsul dobândește proprietăți de rezistență crescută la suprafață și vâscozitate ridicată la mijloc. Această combinație este extrem de necesară pentru instrumentele de percuție (ciocane, dalte etc.)

Concediu de odihna

Călirea este etapa finală a tratamentului termic al aliajelor, determinând structura finală a metalului. Scopul principal al călirii este reducerea fragilității produsului metalic. Principiul este de a încălzi piesa la o temperatură sub critică și de a o răci. Deoarece modurile de tratament termic și ratele de răcire ale produselor metalice pentru diferite scopuri pot diferi, există trei tipuri de revenire:

• Înaltă - temperatură de încălzire de la 350-600 până la o valoare sub critică. Această procedură este folosită cel mai adesea pentru structuri metalice.
• Mediu - tratament termic la t 350-500, comun pentru produsele de primăvară și arcuri cu foi.
• Scăzută - temperatura de încălzire a produsului nu este mai mare de 250, ceea ce vă permite să obțineți o rezistență ridicată și rezistență la uzură a pieselor.

Îmbătrânire

Îmbătrânirea este un tratament termic al aliajelor care provoacă descompunerea metalului suprasaturat după întărire. Rezultatul îmbătrânirii este o creștere a limitelor de duritate, fluiditate și rezistență a produsului finit. Nu numai fonta, ci și aliajele de aluminiu ușor deformabile sunt supuse îmbătrânirii. Dacă un produs metalic supus călirii este menținut la temperatură normală, în el au loc procese care duc la o creștere spontană a rezistenței și la o scădere a ductilității. Acest lucru se numește natural.Dacă aceeași manipulare se face în condiții de temperatură ridicată, se va numi îmbătrânire artificială.

Tratament criogenic

Modificările în structura aliajelor și, prin urmare, proprietățile acestora, pot fi realizate nu numai la temperaturi ridicate, ci și la temperaturi extrem de scăzute. Tratamentul termic al aliajelor la temperaturi sub zero se numește criogenic. Această tehnologie este utilizată pe scară largă într-o varietate de sectoare ale economiei naționale ca o completare a tratamentelor termice la temperatură înaltă, deoarece poate reduce semnificativ costurile de întărire termică a produselor.

Prelucrarea criogenică a aliajelor se realizează la t -196 într-un procesor criogenic special. Această tehnologie poate crește semnificativ durata de viață a piesei tratate și proprietățile anticorozive, precum și eliminarea necesității unor tratamente repetate.

Tratament termo-mecanic

O nouă metodă de prelucrare a aliajelor combină prelucrarea metalelor la temperaturi ridicate cu deformarea mecanică a produselor în stare plastică. Tratamentul termomecanic (TMT) poate fi de trei tipuri în funcție de metoda de implementare:

• TMT la temperatură joasă constă din două etape: deformarea plastică urmată de călirea și revenirea piesei. Principala diferență față de alte tipuri de TMT este temperatura de încălzire până la starea austenitică a aliajului.
• TMT la temperatură înaltă implică încălzirea aliajului la o stare martensitică în combinație cu deformarea plastică.
• Deformarea preliminară se efectuează la t 20 urmată de călirea și revenirea metalului.

Tratament chimico-termic

De asemenea, este posibil să se modifice structura și proprietățile aliajelor prin tratament chimico-termic, care combină efectele termice și chimice asupra metalelor. Scopul final al acestei proceduri, pe lângă faptul că conferă produsului rezistență sporită, duritate și rezistență la uzură, este, de asemenea, să confere piesei rezistență la acid și rezistență la foc. Acest grup include următoarele tipuri de tratament termic:

• Cimentarea este efectuată pentru a da suprafeței produsului o rezistență suplimentară. Esența procedurii este să saturați metalul cu carbon. Cimentarea poate fi realizată în două moduri: carburare solidă și gazoasă. În primul caz, materialul care se prelucrează, împreună cu cărbunele și activatorul acestuia, este introdus într-un cuptor și încălzit la o anumită temperatură, după care se menține în acest mediu și se răcește. În cazul carburării cu gaz, produsul este încălzit într-un cuptor la 900°C sub un curent continuu de gaz cu conținut de carbon.
• Nitrurarea este un tratament chimico-termic al produselor metalice prin saturarea suprafeței acestora în medii cu azot. Rezultatul acestei proceduri este o creștere a rezistenței la tracțiune a piesei și o creștere a rezistenței sale la coroziune.
• Cianurarea este saturația unui metal atât cu azot, cât și cu carbon. Mediul poate fi lichid (săruri care conțin carbon și azot topit) și gazos.
• Metalizarea prin difuzie este o metodă modernă de a conferi rezistență la căldură, rezistență la acizi și rezistență la uzură produselor metalice. Suprafața unor astfel de aliaje este saturată cu diferite metale (aluminiu, crom) și metaloizi (siliciu, bor).

Caracteristici ale tratamentului termic al fontei

Aliajele de fontă sunt supuse unui tratament termic folosind o tehnologie ușor diferită de aliajele de metale neferoase. Fonta (gri, de mare rezistență, aliată) suferă următoarele tipuri de tratament termic: recoacere (la t 500-650 -), normalizare, călire (continuă, izotermă, de suprafață), călire, nitrurare (fontă cenușie), aluminizare (fontă perlitică), cromare. Drept urmare, toate aceste proceduri îmbunătățesc semnificativ proprietățile produselor finale din fontă: cresc durata de viață, elimină posibilitatea apariției fisurilor în timpul utilizării produsului și măresc rezistența și rezistența la căldură a fontei.

Tratament termic al aliajelor neferoase

Metalele și aliajele neferoase au proprietăți diferite și, prin urmare, sunt prelucrate prin metode diferite. Astfel, aliajele de cupru suferă o recoacere de recristalizare pentru a egaliza compoziția chimică. Pentru alamă, este prevăzută tehnologia de recoacere la temperatură joasă (200-300), deoarece acest aliaj este predispus la crăpare spontană într-un mediu umed. Bronzul este supus omogenizării și recoacerii la temperaturi de până la 550°C. Magneziul este recoacet, întărit și supus îmbătrânirii artificiale (în cazul magneziului întărit nu are loc îmbătrânirea naturală). Aluminiul, ca și magneziul, este supus la trei metode de tratament termic: recoacere, întărire și îmbătrânire, după care materialul deformat își mărește semnificativ rezistența. Prelucrarea aliajelor de titan include: întărirea, îmbătrânirea, nitrurarea și cementarea.

rezumat

Tratarea termică a metalelor și aliajelor este principalul proces tehnologic atât în ​​metalurgia feroasă, cât și în cea neferoasă. Tehnologiile moderne au o varietate de metode de tratament termic care fac posibilă atingerea proprietăților dorite pentru fiecare tip de aliaje prelucrate. Fiecare metal are propria sa temperatură critică, ceea ce înseamnă că tratamentul termic trebuie efectuat ținând cont de caracteristicile structurale și fizico-chimice ale substanței. În cele din urmă, acest lucru va permite nu numai obținerea rezultatelor dorite, ci și eficientizarea semnificativă a proceselor de producție.