Температура точки Ас3 для стали 40 составляет 790°С.

1 вопрос. В доэвтектических чугунах (2,14 —4,3% С), например в сплаве 3 при понижении температуры вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените (линия SЕ) происходит частичный распад аустенита как первичных его кристаллов, выделившихся из жидкости, так и аустенита, входящего в ледебурит. Этот распад заключается, как было указано выше, в выделении кристаллов вторичного цементита и в уменьшении в связи с этим содержания углерода в аустените в соответствии с линией SЕ.

По достижении температуры 727°С (линия РSК) аустенит, обедненный углеродом до эвтектоидного состава (0,5% С), превращается в перлит. Таким образом, доэвтектические чугуны после окончательного охлаждения имеют структуру: перлит, ледебурит (перлит + цементит) и вторичный цементит . Чем больше в чугуне углерода, тем меньше перлита и больше ледебурита. Эвтектический чугун содержит 4,3% С При температурах ниже 727°С он состоит только из ледебурита(цементит + перлит).

Заэвтектический чугун содержит углерода больше чем 4.3% и после затвердевания состоит из цементита и ледебурита (аустенит + Fe3C).

При понижении температуры эвтектический аустенит обедняется углеродом вследствие выделения избыточного цементита и при температуре 727°С распадается с образованием перлита. После охлаждения заэвтекти-ческие чугуны состоят из первичного цементита, имеющего форму пластинок, и ледебурита (цементит + перлит). С повышением содержания углерода количество цементита возрастает. Фазовый состав чугунов после охлаждения — феррит и цементит.

Таким образом, сплавы железа с углеродом после окончания кристаллизации имеют указанную выше различную структуру. Однако фазовый состав всех сплавов одинаков: при температурах ниже 727°С они состоятиз феррита и цементита.

2 вопрос. Отпуск заключается в нагреве закаленной стали до температуры ниже Ас1, выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью. Отпуск является окончательной операцией термической обработки, в результате которого сталь получает требуемые механические свойства. Кроме того, отпуск полностью или частично устраняет внутренние напряжения, возникающие при закалке. Эти напряжения снимаются тем полнее, чем выше температура отпуска.

Наиболее интенсивно напряжения снижаются в результате выдержки при 600 "С в течение 15-30 мин, после выдержки в течение 1,5 ч напряжения снижаются до минимальной величины, которая может быть достигнута отпуском при данной температуре.

Скорость охлаждения после отпуска оказывает большое влияние на величину остаточных напряжений. Чем медленнее охлаждение, тем меньше остаточные напряжения. Быстрое охлаждение в воде от 600 °С создает новые тепловые напряжения. Охлаждение после отпуска на воздухе дает напряжения на поверхности изделия в 7раз меньшие, в масле 2.5 раза меньшие по сравнению с напряжениями при охлаждении в воде. По этой причине изделия сложной формы во избежание их коробления после отпуска при высоких температурах следует охлаждать медленно, а изделия из легированных ста-лей, склонных к обратимой отпускной хрупкости, после отпуска при 500—650 °С во всех случаях следует охлаждать быстро.

Основное влияние на свойства стали оказывает температура отпуска. Различают следующие три вида отпуска.

1. Низкотемпературный (низкий) отпуск проводят при нагреве до 250 °С. При этом снижаются закалочные макронапряжения, мартенсит закалки переводится в отпущенный мартенсит, повышается прочность и немного улучшается вязкость без заметного снижения твердости. Закаленная сталь (0,6—1.3 % С)после низкого отпуска сохраняет твердость в пределах НRС 58—63, а следовательно, высокую износостойкость. Однако такое изделие (если оно не имеет вязкой сердцевины) не выдерживает значительных динамических нагрузок.

Низкотемпературному отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, а также детали, претерпевшие поверхностную закалку, цементацию, цианирование или нитроцементацию. Продолжительность отпуска составляет обычно 1—2,5 ч, а для изделий больших сечений и измерительных инструментов назначают более длительный отпуск

2. Среднетемпературный (средний) отпуск выполняют при 350—500 “С и применяют главным образом для пружин и рессор, а также для штампов. Такой отпуск обеспечивает высокие пределы упругости и выносливости и релаксационную стойкость. Структура стали после среднего отпуска — троостит отпуска или троостомартенсит; твердость стали НRС 40—50. Температуру отпуска надо выбирать таким образом, чтобы не вызвать необратимой хрупкости.

Охлаждение после отпуска при 400—450 °С следует проводить в воде, что способствует образованию на поверхности сжимающих остаточных напряжений, которые увеличивают предел выносливости пружин.

Высокотемпературный (высокий) отпуск проводят при 500—680 °С. Структура стали после высокого отпуска —сорбит отпуска. Высокий отпуск создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали

Закалка с высоким отпуском (по сравнению с нормализацией или отжигом) весьма сильно одновременно повышает временное сопротивление, предел текучести, относительное сужение и особенно ударную вязкость. Термическую обработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, называют улучшением.

`Улучшению подвергают среднеуглеродистые (0,3—0,5 % С) конструкционные стали, к которым предъявляются высокие требования по пределу выносливости и ударной вязкости. Улучшение значительно повышает конструктивную прочность стали, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений, увеличивая работу развития трещин и снижая температуру порога хладноломкости. Однако износостойкость улучшенной стали вследствие ее пониженной твердости не высокая.

Отпуск при 550—600°С в течение 1—2 ч почти полностью снимает остаточные напряжения, возникшие при закалке. Длительность высокого отпуска составляет 1,0—6 ч в зависимости от габаритов изделия. Иногда ее увеличивают до нескольких десятков часов, чтобы снизить опасность возникновения флокенов.

3 вопрос В основе термопластичных пластмасс лежат полимеры линейной или разветвленной структуры, иногда в состав полимеров вводят пластификаторы. Термопластичные пластмассы применяют в качестве прозрачных органических стекол, высоко- и низкочастотных диэлектриков, химически стойких материалов; из этих пластмасс изготовляют тонкие пленки и волокна. Де-тали, выполненные из таких материалов, имеют ограниченную рабочую температуру. Обычно при нагреве выше 60— 70°С начинается резкое снижение их физико-механических характеристик, хотя более теплостойкие пластмассы могут работать при температуре 150—250°С. Термостойкие полимеры с жесткими цепями и циклические структуры устойчивы до 400—600°С.

· Неполярные термопластичные пластмассы. К неполярным пластикам относятся полиэтилен, полипропилен. полистирол и фторопласт-4.

· Полярные термопластичные пластмассы. К полярным пластикам относятся фторопласт-3, органическое стекло, поливинилхлорид,. полиамиды, полиуретаны, полиэтилентерефталат, поликарбонат, полиарилаты, пентапласт, полиформальдегид.

· Термостойкие пластики. В этих полимерах фениленовые звенья чередуются с гибкими звеньями (амидными, сульфидными и др). Температура эксплуатации их до 400°С. Кроме полимеров с гибкими звеньями создает-ся новый класс полимеров с жесткими цепями, в которые вводятся устойчивые гетероциклы. Циклические структуры устойчивы до 600°С и выше.

Практический интерес представляют ароматические полиамиды, полифениленоксид, полисульфон и гетероциклические полиимиды и полибензимидазолы.

· Термопласты с наполнителями. В качестве полимерных матриц (связующего) применяют различные термопласты, В качестве армирующих наполнителей можно использовать стеклянное волокно, асбест, органические волокна и ткани. Волокнистые наполнители образуют в полимере как бы несущий каркас и этим упрочняют материал.

В промышленном масштабе применяют полиамиды и поликарбонат, наполненные мелкорубленным стекловолокном. По сравнению с ненаполненными полимерами стекловолокниты обладают повышенными прочностью и теплостойкостью, ‘усталостной прочностью и износостойкостью, небольшой ползучестью (рис. 203, 204, табл. 41). Интервал рабочих температур от —60 до 150°С (кратковременно до 180°С).

Термопласты с наполнителями в виде синтетических волокон (пропиленовое, капрон, лавсан, винол) являются перспективными. Такие волокна имеют близкую со связующими химическую природу, и упрочнение получается высоким (волокна и связующее работают совместно). Ползучесть волокнистых термопластов уменьшается почти в 5 раз, длительная прочность возрастает в десятки раз.

Слоистые термопласты содержат в качестве наполнителей ткани из различных волокон. Для получения высокопрочных пластмасс применяют полиамиды, армированные стеклотканью. Капрон (П-6), армированный стеклотканью, имеет высокие механические свойства

и может работать до 220°С.Из волокнистых термопластов изготовляют подшипники, зубчатые передачи, трубы, вентили, емкости для агрессивных сред и др.

5 вопрос

Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры выше критической (А_с3), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.

Температура точки Ас3 для стали 40 составляет 790°С.

Если доэвтектоидную сталь нагреть выше А_с1, но ниже А_с3, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки.