ФГОУ ВПО «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФГОУ ВПО «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт цветных металлов и золота
Кафедра «Металловедение и термическая обработка металлов»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
По дисциплине:
«Теория термической обработки металлов»
Красноярск, 2007
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
Самостоятельная работа студентов является одним из обязательных
видов учебной работы, регламентированной Государственными образовательными стандартами (ГОС) подготовки бакалавров, инженеров и магистров в рамках реализуемых учебных планов.
Под самостоятельной работой студентов, понимаются виды учебных работ, соответствующих требованиям ГОС, обеспечивающих
получение необходимого уровня знаний, достижение умений и навыков, приобретение компетенций, характеризующих полноценного специалиста с высшим образованием, и выполняемых студентами самостоятельно за пределами учебного аудиторного расписания,
но в рамках ГОС.
Самостоятельная работа осуществляется в соответствии с заданиями, полученными студентами в установленном порядке от преподавателя и кафедры по дисциплине «Теория термической обработки
металлов», предусмотренной учебным планом бакалаврской подготовки.
Самостоятельная работа студентов планируется в объеме, предусмотренном, учебным планом и учебной программой по дисциплине (общим объемом 173 ч.). Она входит в общий объем учебной
нагрузки (48 % от 360 ч. общего объема часов, которая может увеличиваться в относительном отношении по мере внедрения кредитно-модульной системы высшего образования в университете).
Самостоятельная работа студентов по дисциплине планируется в
составе предельной недельной нагрузки студентов, которая по всем
смежным (одновременно изучаемым) дисциплинам не должна превышать 54 часов.
2. ВИДЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
2.1 Домашняя проработка материала лекций, прослушанных по дисциплине. Подготовка к контрольным работам, выполняемым на лекциях, лабораторных и практических занятиях. Работа по освоению дисциплины по
электронному учебнику «Теория термической обработки», включая разработанные мультимедийные пособия, позволяющие с высокой степенью наглядности уточнять трудные для понимания разделы курса.
Время, отводимое на эту работу, планируется из расчета 0,5 часа на 1
час лекций. На дисциплину, объемом 10 зачетных единиц (кредитов) + 1 зачетная единица на экзамен предусматривается 102 часа лекций и 51 час на
самостоятельную работу по изучению теоретического материала. Для само2
стоятельной проработки теоретического материала рекомендуется использовать учебные пособия [1-4], по разделам, соответствующим пройденному
лекционному материалу.
Работа в библиотеке по подбору и изучению дополнительных сведений
по текущему материалу изучаемой дисциплины.
2.2 Написание рефератов в связи с подготовкой к практическим и семинарским занятиям по дисциплине, в том числе для подготовки докладов
студентами в рамках проводимых семинарских занятий, в виде деловой игры
«Защита отчета о НИР и КТР на промышленном предприятии». Оформление
рефератов и отчетов по практическим занятиям.
Объем самостоятельной работы за семестр для подготовки рефератов
предусмотрен 25 часов. Каждый студент в течение семестра обязательно выступает по материалам предварительно подготовленного реферата в качестве
докладчика, как «научного сотрудника НИИ» по заданной на обсуждение
группы теме «научной работы», представляемой «промышленному предприятию». Объем рефератов от 2 до 5 с. текста и иллюстрациями в количестве 3
– 4. Задание на рефераты по согласованию с ведущим преподавателем выдается руководителем коллектива, выбранного студентами группы и утвержденным преподавателем. Задание на каждое занятие выдается не позднее,
чем за 2 недели до календарного срока проведения соответствующего занятия.
2.3 Обработка результатов лабораторных работ, проведение расчетов и
моделирования структурообразования на технологических переходах, например, при изучении неравновесной кристаллизации, гомогенизационного
отжига, пластической деформации, рекристаллизационного отжига, процессов фазовой перекристаллизации, и оформление отчетов по ним. Теоретическая подготовка к выполнению очередной лабораторной работы по расписанию. Подготовка к защите и защита отчетов по лабораторным работам в рамках часов консультаций по дисциплине.
По 68 часам лабораторных и семинарских занятий, выполняемых в 1 –
6 модулях предусматривается реализовать 68 часов самостоятельной работы
по этой форме, т.е. по 1 часу на каждый час аудиторных занятий. Задание по
этому виду работ студент получает на каждом текущем аудиторном (лабораторное и семинарское) занятии.
2.4. Выполнение домашних работ, предусмотренных учебной программой курса для обработки результатов расчетов, выполняемых на практических занятиях по разделу: «Теплофизические основы и расчеты», выполняемые в рамках 7-го модуля дисциплины, результатом которых должна
явиться итоговая расчетно-графическая работа (РГР-РГЗ).
Расчетно-графическое задание (РГЗ) студентами выполняется в течение календарного периода, отводимого на изучение модуля № 7 и должно
включать в себя оформленные в установленном порядке отчеты о выполнении практических (расчетных) работ с материалами домашнего анализа
3
влияния технологических факторов на результаты расчетов, построенных с
применением ПЭВМ графических зависимостей, обеспечивающих достижение целей расчетно-моделирующих заданий и сформулированные выводы и
заключения по итогам работы.
На 8 обязательных заданий и 4 дополнительных факультативных отводится 30 часов самостоятельной работы. Задание к РГЗ конкретизируется ведущим преподавателем на каждом аудиторном практическом занятии.
Сводка по объемам самостоятельной работы приведена в таблице 1.
Таблица 1 – Сводные данные об объемах самостоятельной работы по
дисциплине «Теория термической обработки металлов»
Всего
зачетных
Вид учебной работы
единиц
(часов)
Общая трудоемкость дисциплины, в т.ч. 11 (360)
экзамен – 1 кредит
Самостоятельная работа:
(173)
изучение теоретического курса (ТО)
(50)
расчетно-графические задания (РГЗ)
(30)
реферат
(25)
задачи
задания
(68)
1
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
6-й
4(144)
76
17
25
34
зачет
Семестр
7-й
8-й
4(144)
2(72)
59
38
25
8
30
34
экзамен зачет
2.5. Одним из разделов самостоятельной работы является использование тестовых комплексов и тренажеров для подготовки к защите лабораторных работ, аттестации и другим видам контроля знаний студентов. В период
зачетно-экзаменационных сессий – подготовка к сдаче зачетов и экзаменов
по дисциплине.
2.6. В состав учебно-методического обеспечения самостоятельной работы студентов входят:
- электронный учебник: «Теория термической обработки металлов» последняя редакция 2007 г. Установлен в сети ИЦМиЗ. Сервер ТФ.
- электронное учебное пособие «Теплофизика термообработки» последняя редакция 2007 г. Установлено в сети ИЦМиЗ. Сервер ТФ.
- электронное учебное пособие по моделированию процессов деформационного упрочнения металлов и сплавов, и рекристаллизационного отжига
“Rekr” в системе DELPHI. Установлено в сети ИЦМиЗ. Сервер ТФ.
- Электронное учебное пособие по моделированию неравновесной кристаллизации и гомогенизационного отжига алюминиевых сплавов «GOMO_Al» в системе DELPHI. Установлено в сети ИЦМиЗ. Сервер ТФ.
4
- Электронное учебное пособие по моделированию процессов неравновесной кристаллизации и гомогенизационного отжига сплавов на основе платины «GOMO_Pt» в системе DELPHI. Установлено в сети ИЦМиЗ. Сервер
ТФ.
- Мультимедийные презентации в системе Power Point к лекциям и лабораторным работам по темам:
гомогенизационный отжиг;
рекристаллизационные явления при отжиге;
6. Программное обеспечение для моделирования процессов на ЭВМ в
лабораторных практикумах, установленное на машинах IBM (Комплект
учебно-методической документации по курсу “MITOM”):
6.1. Моделирование процессов нагрева и охлаждения при термической
обработке металлов и сплавов (TPL2)- в составе электронного учебника.
6.2. Моделирование процесса нагрева и охлаждения слоистых садок
(SADKA). Объем 4 КБ. Бейсик.
6.3. Моделирование формирования остаточных напряжений в изделиях
при термической обработке металлов. (TPL3).
6.4. Программа Stal3 для моделирования процессов фазовой перекристаллизации и закалки сталей – в составе электронного учебника.
6.5. Программа определения прокаливаемости “BLANTER” – в составе
электронного учебника.
7. Банк тестовых заданий для контроля знаний студентов в системе AST.
Конкретные рекомендации по проработке теоретического материала.
В первом модуле дисциплины «Теория термической обработки металлов» по лекции 1 отвести следует на самостоятельную работу – 1 час внеучебного времени. П учебному пособию [1] следует проработать материал о
содержании и значения курса. Краткий исторический обзор развития теории и практики термической обработки. Значение работ П.П. Аносова и Д.К.
Чернова - основоположников учения о природе стали и условиях ее термической обработки. Развитие зарубежной и отечественной науки о черных и
цветных металлах, сплавах и их термической обработке.
Применение термической обработки в отечественной промышленности;
значение термической обработки в решении вопроса о снижении веса и увеличения долговечности деталей машин и механизмов. Основные термины и
определения. ГОСТ 18295-72. Классификация видов термической обработки.
По лекции 2 (время, отводимое на самостоятельную работу – 1 час) необходимо повторить виды отжига. Цели отжига 1 рода. Отжиг, уменьшающий
напряжения. Определение, решаемые задачи. Остаточные напряжения и деформации. Понятие напряжений 1 рода. Влияние знака и величины остаточных внутренних напряжений на работоспособность деталей машин. Влияние
остаточных напряжений на стабильность размеров изделий. Напряжения от
5
неоднородной деформации. Термические и структурные напряжения. Классификация напряжений по видам операций, при которых они возникают. Напряжения в стальных и чугунных отливках и сварных конструкциях, их происхождение, снятие отжигом. Механизмы снятия напряжений при отжиге:
диффузионный и сдвиговый. Соотношение величины внутренних остаточных напряжений и значений критического сопротивления сдвигу.
Кинетика уменьшения напряжений. Снятие упругих напряжений, как сопутствующий процесс при различных видах термической обработки. Режимы
отжига, уменьшающего напряжения промышленных изделий. Отжиг крупногабаритных конструкций. Вибрационная и ультразвуковая обработка,
уменьшающая напряжения. Термоциклическая обработка для снятия остаточных напряжений.
По материалу лекции 3. (время на самостоятельную работу – 1 час) рассмотреть понятие отжига - гомогенизации. Основное определение. Цели отжига - гомогенизации. Понятие дендритной ликвации, причины образования.
Характеристика неоднородного по химическому составу твердого раствора,
образовавшегося при неравновесной кристаллизации в системе компонентов
с неограниченной растворимостью в твердом и жидком состоянии. Влияние
последствий неравновесной кристаллизации на структуру и свойства слитков
и отливок из черных и цветных металлов. Виды структурных дефектов литого металлического сплава в связи с диаграммой состояния системы. Пути
устранения последствий неравновесной кристаллизации.
По материалу лекции 4. (время на самостоятельную работу – 1 час) рассмотреть понятие отжига - гомогенизации, как диффузионного процесса.
Диффузия в неоднородной системе. Частные решения диффузионных законов в регулярной неоднородной системе. Зависимость коэффициента диффузии от температуры. Технологические параметры отжига - гомогенизации:
температура и время. Роль скорости нагрева и скорости охлаждения в технологии гомогенизационного отжига. Пути сокращения длительности отжига
- гомогенизации. Особенности структурных изменений при отжиге сплавов,
содержащих в структуре неравновесные структурные составляющие.
По материалу лекции 5. (время на самостоятельную работу – 1 час) рассмотреть режимы отжига - гомогенизации реальных промышленных сплавов.
Особенности технологии и протекающих превращений в связи с влиянием
сопутствующих процессов. Отжиг - гомогенизация сталей, алюминиевых,
магниевых, медных, титановых сплавов. Особенности отжига слитков и отливок.
Отжиг - гомогенизация при температурах выше неравновесного солидуса.
Основные особенности, условия применимости, закономерности развивающихся процессов, режимы.
Первый модуль завершается контрольной работой по пройденному
материалу, в связи с чем перед контрольной работой следует вновь повто6
рить материал лекций 1 – 5, используя задания, приведенные в учебном пособии [1].
Изучение дисциплины во втором модуле начинается со знакомства с деформационными изменениями структурного состояния металлов и сплавов.
Рассматривается материал лекции 6. (самостоятельная работа – 1 час). Следует при домашней проработке материала изучить отжиг - рекристаллизацию. Цели. Характеристика структурного состояния металла, предшествующего рекристаллизационному отжигу. Основные структурные механизмы
пластической деформации: скольжение, незакономерный поворот кристаллической решетки, двойникование. Понятие деформационного упрочнения при
скольжении. Три стадии деформационного упрочнения. Дислокационные реакции в деформируемом материале, конечные структуры металла после деформации с различными степенями. Свойства пластически деформированного металла.
По материалу лекции 7 (самостоятельная работа – 1 час) следует повторить причины двойникования. Две стадии двойникования. Схема двойникового зародыша, рост двойника. Понятие двойникующей дислокации. Вклад
различных механизмов деформации в изменение структуры и тонкого кристаллического строения деформированного металла. Текстура деформации.
Волокнистость, строчечность. Анизотропия свойств деформированного металла.
По лекции 8. (самостоятельная работа – 1 час) проработать процессы,
протекающие при нагреве деформированного металла. Понятие процессов
возврата. Механизмы отдыха, полигонизации и рекристаллизации “на месте”.
По лекции 9. (самостоятельная работа – 1 час) рассмотреть процессы рекристаллизации. Понятие первичной рекристаллизации. Зарождение зародышевых высокоугловых границ и их миграция. Особенности первичной
рекристаллизации после деформации с критической степенью. Механизмы
собирательной и вторичной рекристаллизации.
По лекции 10. (самостоятельная работа – 1 час) подробно рассмотреть основные закономерности рекристаллизации. Влияние технологических параметров отжига и предшествующей деформации на положение порога рекристаллизации и интенсивность процессов. Величина рекристаллизованного
зерна. Пространственные диаграммы рекристаллизации 1,2 и 3 типа. Изменение свойств металлов при отжиге - рекристаллизации. Текстура рекристаллизации. Анизотропия свойств рекристаллизованного металла. ГОСТ 21073.075 - 21073.4-75 на величину зерна.
По лекции 11. (самостоятельная работа – 1 час) необходимо определиться
с назначением технологических режимов отжига - рекристаллизации промышленных сплавов на основе железа, алюминия, меди, никеля, титана.
Особенности процесса, режимы. Отжиг, увеличивающий зерно. Режимы отжига трансформаторной стали. Получение специальной “стапельной” струк7
туры вольфрамовой проволоки для спиралей ламп накаливания. Применение
отжига для получения монокристаллов.
Этим материалом заканчивается второй модуль дисциплины, по которому предусматривается очередная контрольная работа. Перед контрольной
работой следует повторно рассмотреть все материалы, отраженные в лекциях
6-11.
Третий модуль рассматривает теоретические основы фазовой перекристаллизации. На этот материал отводятся лекции 12-18.
После каждой лекции целесообразно прорабатывать рассмотренный теоретический материал, предусмотренный рабочей программой дисциплины, в частности:
Лекция 12. (ауд. – 2 ч., самостоятельная работа – 1 час).
Основное определение отжига второго рода. Возможность осуществления
отжига второго рода в связи с диаграммой состояния системы. Фазовая перекристаллизация: частичная и полная. Основные закономерности фазовой
перекристаллизации. Движущие силы фазовой перекристаллизации. Роль
поверхностной и упругой энергии. Понятие критического зародыша. Перенагрев и переохлаждение при фазовой перекристаллизации. Основные кристаллизационные параметры. Кинетика фазовой перекристаллизации. Диаграммы изотермического и термокинетического типа при нагреве и охлаждении. Роль энергетических параметров фазовой перекристаллизации и процессов диффузии.
Лекция 13. (ауд. – 2 ч., самостоятельная работа – 1 час).
Образование аустенита при нагреве стали. Механизм и кинетика превращения феррито-цементитной структуры в аустенит. Особенности превращения для доэвтектоидной и заэвтектоидной стали. Превращения при непрерывном нагреве. Влияние скорости нагрева. Особенности механизма и кинетики образования аустенита при высокоскоростном нагреве.
Лекция 14. (ауд. – 2 ч., самостоятельная работа – 1 час).
Величина зерна аустенита при нагреве стали. Влияние хим. состава стали на величину зерна. Понятие наследственно-крупнозернистой и наследственно-мелкозернистой стали. Влияние величины зерна на свойства стали.
Стандартные шкалы микроструктур по ГОСТ 5639-82.
Лекция 15. (ауд. – 2 ч., самостоятельная работа – 1 час).
Превращения в стали при медленном охлаждении. Механизм перлитного
превращения, формирование структуры перлита.
Кинетика перлитного превращения. Диаграмма изотермического превращения аустенита. Влияние степени переохлаждения и скорости охлаждения на строение перлита. Основные характеристики дисперсности ферритоцементитных структур.Понятия структур зернистого перлита, пластинчатого
перлита, сорбита, троостита. Условия их образования, структура и свойства
сталей с такими структурами.
8
Лекция 16. (ауд. – 2 ч., самостоятельная работа – 1 час).
Особенности фазовых превращений при охлаждении доэвтектоидных и
заэвтектоидных сталей. Влияние скорости охлаждения и степени переохлаждения на структурное состояние избыточной фазы. Понятие квазиэвтектоида. Влияние хим. состава стали, размера зерна и степени гомогенности аустенита на кинетику фазового превращения.
Лекция 17. (ауд. – 2 ч., самостоятельная работа – 1 час).
Технология отжига второго рода. Назначение, режимы, влияние на механические свойства и структуру стали, а также обрабатываемость стали резанием. Полный отжиг, нормализация, одинарная термическая обработка; изотермический отжиг и одинарная изотермическая обработка, патентирование.
Неполный отжиг доэвтектоидной и заэвтектоидной стали. Процессы сфероидизации. Сфероидизирующий отжиг.
Лекция 18. (ауд. – 2 ч., самостоятельная работа – 1 час).
Виды фазовой перекристаллизации чугунов. Теория графитизации цементита. Влияние состава чугуна на структуру и способность к графитизации.
Технология отжига на ковкий чугун: основной режим и особенности его для
получения чугуна с перлитной, феррито-перлитной основой и др. Структура
и свойства ковкого чугуна. Способы сокращения длительности отжига на
ковкий чугун. Технические условия на ковкий чугун по ГОСТ 1215-79.
Графитизированная сталь. Модифицированный серый чугун. Нормализация чугуна.
Особенности фазовой перекристаллизации цветных сплавов. Применение
отжига второго рода к цветным сплавам.
Окончание третьего модуля соответствует завершению семестра, в связи с чем материалы лекций 1 – 18 подлежат дополнительной самостоятельной проработке материала для написания письменной зачетной контрольной
работы.
Четвертый, пятый и шестой модули (второй семестр изучения дисциплины также требуют проработки теоретического курса, содержание которых
регламентируется материалом лекций 19 – 26, 27 – 32, 33 – 41, соответственно. По окончании шестого модуля предусмотрен экзамен по дисциплине, что
требует кроме подготовки к контрольным работам по окончании четвертого
и пятого модулей, детальное повторение всего курса, особенно, материала
лекций 19 – 41, хотя знание ранее изученного материала, по которому уже
сдан зачет, имеет не меньшее значения для полного усвоения дисциплины в
целом.
Лекция 19. (самостоятельная работа – 1 час).
Закалка. Основное определение. Связь понятия закалки с диаграммой состояния системы. Понятие полной и неполной закалки. Закалка без полиморфного превращения и закалка на мартенсит. Основные технологические
параметры закалки: температура, время выдержки, скорость охлаждения.
Связь определения закалки с диаграммой изотермического превращения пе9
реохлажденной высокотемпературоной фазы. Понятие критической скорости
закалки.
Лекция 20. (самостоятельная работа – 1 час).
Изменение механических свойств при закалке без полиморфного превращения. Закалка промышленных цветных сплавов. Классификация алюминиевых сплавов по способности к упрочнению при термообработке. Особенности закалки дуралюминов, авиалей, жаропрочных и высокрпрочных деформируемых сплавов, литейных алюминиевых сплавов. Особенности режимов
закалки магниевых, медных, никелевых сплавов.
Лекция 21. (самостоятельная работа – 1 час).
Закалка с полиморфным превращением (закалка на мартенсит).
Основные понятия.Термодинамика мартенситного превращения. Связь с
диаграммой изотермического превращения переохлажденного аустенита.
Определение мартенситного превращения, как фазового превращения особого типа. Особенности мартенситного превращения. Кинетика мартенситного
превращения.
Лекция 22. (самостоятельная работа – 1 час).
Механизм мартенситного превращения. Перестройка кристаллической
решетки и деформационные явления - составные части мартенситного превращения. Основная и дополнительная деформация мартенситного превращения. Структура и строение мартенсита. Причины упрочнения стали при
закалке на мартенсит. Понятие закаливаемости. Влияние содержания углерода и легирующих элементов на закаливаемость стали.
Лекция 23. (самостоятельная работа – 1 час).
Технология закалки стали. Основные технологические параметры закалки стали. Определение температуры нагрева под закалку углеродистой доэвтектоидной и заэвтектоидной сталей. Перегрев при нагреве под закалку.
Влияние легирования на температуру нагрева под закалку. Недогрев при закалке. Неполная закалка стали. Влияние скорости нагрева на температуру закалки. Длительность выдержки. Условия выбора скорости нагрева и длительности выдержки при закалке. Виды нагревающих сред. Ступенчатый нагрев под закалку.
Лекция 24. (самостоятельная работа – 1 час).
Охлаждение при закалке. Выбор скорости охлаждения при закалке. Охлаждающие среды, их виды, характеристика. Внутренние напряжения при
закалке. Коробление и деформация при закалке. Явление сверхпластичности
(термокинетической пластичности) в момент протекания фазового (мартенситного) превращения. Способы борьбы с короблением и образованием трещин. Принципы бездеформационной закалки.
Способы закалки стали: непрерывная, прерывистая, ступенчатая, изотермическая. Механизм бейнитного превращения. Структура и свойства стали
после ступенчатой и изотермической закалки. Закалка с подстуживанием, за10
калка с обработкой холодом, закалка с самоотпуском, сорбитизация. Термообработка рельс и ходовых колес.
Лекция 25. (самостоятельная работа – 1 час).
Понятие прокаливаемости. Характеристики прокаливаемости: глубина закаленного слоя, полоса прокаливаемости, критический диаметр, идеальный
критический диаметр. Номограмма Блантера. Способы определения прокаливаемости. Способы регулирования прокаливаемости. Применение сталей
повышенной прокаливаемости и сталей регламентированной прокаливаемости.
Лекция 26. (самостоятельная работа – 1 час).
Поверхностная закалка стали. Виды, применение. Особенности фазовых
превращений при высокоскоростном непрерывном нагреве под закалку.
Диаграммы преимущественных режимов закалки. Закалка с нагревом токами
высокой частоты. Основы индукционного нагрева. Влияние технологических параметров на глубину закаленного слоя. Способы закалки т.в.ч.: одновременный, поочередный, непрерывно-последовательный, поочереднопоследовательный и др. Преимущества и недостатки закалки с нагревом
т.в.ч. Закалка пламенем газовой горелки. Закалка в электролите, применение
ультразвука для повышения качества закаленных изделий в электролите. Закалка с контактным нагревом. Лазерная поверхностная обработка. Применение плазменного нагрева и других высококонцентрированных источников
энергии для поверхностной закалки.
Лекция 27. (самостоятельная работа – 1 час).
Отпуск и старение. Основные положения и определения. Теоретические
основы отпуска и старения. Теория распада пересыщенных твердых растворов. Стадии распада: образование микронеоднородностей в объеме пересыщенного твердого раствора, появление зон, зарождение метастабильных и
стабильных фаз, рост частиц выделяющейся фазы, коагуляция. Механизмы
процессов.
Особенности прерывистого и непрерывного распада пересыщенного
твердого раствора. Определение состояния коллоидного равновесия в процессе распада. Изменения свойств при распаде пересыщенных твердых растворов. Классификация операций старения. Естественное и искусственное
старение. Старение зонное и фазовое, неполное упрочняющее и полное старение, старение стабилизирующее, разупрочняющее. Кинетика старения.
Влияние состава сплава, строения фаз на упрочнение сплавов при старении.
Лекция 28. (самостоятельная работа – 1 час).
Отпуск углеродистой стали. Виды отпуска: низкий, средний, высокий.
Улучшение. Процессы, протекающие при отпуске стали: распад мартенсита,
распад и превращение остаточного аустенита, карбидное превращение, коагуляция карбидов. Изменение механических свойств при отпуске стали.
Лекция 29. (самостоятельная работа – 1 час).
11
Особенности изменения свойств при отпуске высокоуглеродистых сталей, легированных и высоколегированных сталей, отпуск на дисперсионное
твердение. Механизмы процессов. Изменение ударной вязкости при отпуске
сталей. Понятие отпускной хрупкостипервого и второго рода. Механизмы,
объясняющие отпускную хрупкость. Меры предупреждения и устранения
отпускной хрупкости.
Лекции 30,31. (самостоятельная работа – 2 час).
Особенности старения деформируемых и литейных алюминиевых, магниевых, медных и никелевых сплавов. Режимы, особенности изменения
структуры и свойств сплавов при закалке и старении сплавов.
Лекция 32. (самостоятельная работа – 1 час).
Особенности термообработки титановых сплавов. Фазовый состав титановых сплавов после закалки в зависимости от состава сплавов. Строение
мартенситных фаз, особенности их образования. Превращения при отпуске
титановых сплавов. Структура и свойства титановых сплавов после упрочняющих видов термической обработки.
Лекция 33. (самостоятельная работа – 1 час).
Основные закономерности химико-термической обработки. Цели химикотермической обработки. Взаимодействие поверхности обрабатываемого изделия с внешней средой и процессы насыщения. Этапы процесса насыщения: превращения в химически активной внешней среде, адсорбция, диффузия. Особенности формирования структуры диффузионного слоя при химико-термической обработке. Роль диаграммы состояния системы взаимодействующих компонентов. Общие требования к ХТО по ГОСТ 19995-74.
Лекция 34. (самостоятельная работа – 1 час).
Насыщение неметаллами. Цементация стали. Закономерности влияния
температуры, длительности процессови содержания в стали углерода и легирующих элементов на результаты цементации. Стали для цементации. Сущность и химизм цементации стали в твердом карбюризаторе, газовой и жидкой среде. Термическая обработка стали после цементации. Структура и
свойства цементованной стали. Применение термоциклической обработки
при цементации и после нее.
Лекция 35. (самостоятельная работа – 1 час).
Азотирование стали. Диаграмма состояния системы железо - азот. Химизм процесса азотирования. Антикоррозионное азотирование стали. Азотирование легированной стали в целях поверхностного упрочнения. Влияние
легирующих элементов на результаты азотирования. Стали для азотирования. Режимы азотирования. Структура и свойства азотированных сталей.
Термическая обработка азотируемых изделий. Ионное азотирование стали и
чугуна.
Углеродоазотирование и азотонауглероживание (цианирование и нитроцементация) стали. Сущность и химизм совместного насыщения азотом и углеродом в цианистых ваннах и газовой среде. Структура и свойства машино12
строительных сталей после азотонауглероживания. Углеродоазотирование
высоколегированных сталей в различных средах.
Структура и свойства быстрорежущей стали после углеродоазотирования.
Лекция 36. (самостоятельная работа – 1 час).
Сульфоцианирование стали. Цели. Структура и свойства стали после совместного насыщения материала тремя компонентами. Режимы и среды для
сульфоцианирования. Способы борирования стали.
Насыщение металлами. Алитирование, хромирование, силицирование
стали. Цели, условия ведения этих процессов. Структура и свойства слоев.
Сведения о новых методах поверхностного насыщения стали бериллием, титаном, ванидием, вольфрамом, хромом, а также хромом и углеродом одновременно и др. Структура и свойства слоев, образующихся при насыщении.
Новые подходы к организации насыщения металлами в газовых средах циркуляционными методами.
Основные сведения о разработанных методах химико-термической обработки меди, титана, молибдена, никеля, вольфрама, ниобия и др. металлов
и сплавов на их основе.
Лекция 37. (самостоятельная работа – 1 час).
Классификация видов деформационно-термической обработки.
Механико-термическая обработка (МТО), термомеханическая обработка
(ТМО) сталей и цветных металлов. Теоретические основы и технология
МТО. Разновидности МТО: дорекристаллизационная МТО (ДМТО), высокотемпературная МТО (ВМТО), низкотемпературная МТО (НМТО). Структура
и свойства металлов и сплавов после МТО, ее назначение.
Лекция 38. (самостоятельная работа – 1 час).
Технология ТМО: высокотемпературной ТМО (ВТМО), низкотемпературной ТМО (НТМО). Теоретические основы упрочнения при ТМО, структура и свойства стали после ТМО.
Термомеханическая обработка сплавов, не закаливающихся на мартенсит:
алюминиевых, медных и других цветных металлов.
Лекция 39. (самостоятельная работа – 1 час).
Основные понятия микродеформационнотермической обработки металлов и сплавов. Основные виды такой обработки: термоциклическая обработка и ультразвуковая (термоультразвуковая) обработка.
Сведения о термомагнитной и термомеханикомагнитной обработке.
Понятие о термоциклической обработке (ТЦО). Структурные превращения при термоциклировании в системах с переменной ограниченной
растворимостью твердых растворов, с полиморфным превращением твердых
растворов и эвтектоидным превращением.
Лекция 40. (самостоятельная работа – 1 час).
Технология термоциклической обработки цветных сплавов, доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной сталей и чугуна. Термоциклическая об13
работка в сочетании с химико-термической обработкой, ТЦО для уменьшения остаточных внутренних напряжений.
Лекция 41. (самостоятельная работа – 1 час).
Основные сведения об ультразвуке и ультразвуковой обработке. Влияние
ультразвука на жидкости и твердые тела. Классификация видов ультразвуковой и термоультразвуковой обработки.
Закалка в ультразвуковом поле. Химико-термическая обработка в озвучиваемой активной среде. Собственно ультразвуковая обработка. Предварительная ультразвуковая обработка. Влияние ультразвука на процессы нормализации, отпуска и старения, на насыщение при химико-термической обработке.
В модуле № 7 объем самостоятельной работы возрастает в связи с необходимостью непрерывной работы в течение всей длительности модуля над
выполнением расчетно-графического задания, с представлением по окончании этой работы отчета по расчетно-графической работе, связанной с расчетами на учебных занятиях по расписанию и домашней самостоятельной обработке результатов. В этой связи эффективность выполнения РГР становится основой оценки качества подготовки студента по данному модулю. Зачет
по дисциплине студент получает в порядке защиты предоставленного отчета
по РГР.
Такая постановка обусловлена специфичностью данного раздела дисциплины, которая, преимущественно связана с расчетными работами при назначении технологических режимов термической обработки изделий разного
размера, при всевозможных условиях теплообмена, вытекающих из назначаемых сред нагрева, ограничениями скоростей нагрева и охлаждения, в связи с опасностью возникновения внутренних напряжений, из необходимости
реализации тех или иных фазовых и структурных превращений по всему сечению изделий или по различным зонам этого сечения.
Лекция 42. (самостоятельная работа – 1 час).
Термодинамические основы тепловых процессов при термической обработке. Первый закон термодинамики. Второй закон термодинамики. Теплообмен при термической обработке. Теплопередача излучением. Конвективный теплообмен.
Лекция 43. (самостоятельная работа – 1 час).
Теплофизические и физико-механические свойства металлов и сплавов.
Теплоемкость. Плотность материала. Теплопроводность Теплопроводность
сталей и сплавов. Влияние состава стали и термической обработки. Влияние
температуры. Расчеты по химическому составу
Лекция 44. (самостоятельная работа – 1 час).
Понятие температуропроводности. Коэффициент температуропроводности и уравнение температуропроводности. Решение уравнения теплопроводности.
Лекция 45. (самостоятельная работа – 1 час).
Программа «ТЕПЛО». Назначение программы. Математическая модель
14
программы. Структура программы "TEPLO". Подготовка и ввод исходных
данных. Особенности ввода данных в программе "TPL-2".
Лекция 46. (самостоятельная работа – 1 час).
Расчетные блоки программы. Определение исходного температурного поля. Расчеты теплообмена на поверхности. Расчеты температурного поля. Вывод результатов расчетов. Окончание расчетов. Пути совершенствования
программы "TEPLO". Особенности теплообмена в вакууме. Нагрев и охлаждение в атмосфере высокомолекулярных газов. Нагрев и охлаждение в кипящем слое. Закалочное охлаждение в водных растворах полимеров. Охлаждение тонких изделий при закалке в штампах.
Лекция 47. (самостоятельная работа – 1 час).
Программа «САДКА». Назначение программы. Физические представления и математические модели нагрева изделий в садках. Особенности ввода
исходных данных и вывода результатов.
Лекция 48. (самостоятельная работа – 1 час).
Программа для расчета уровня внутренних напряжений. Понятие температурного градиента. Тепловое расширение металлов и сплавов и термические напряжения. Структурные напряжения. Общие сведения о построении
программ "ost1" и "TPL-3". Структурное построение программы для определения внутренних напряжений.
Лекция 49. (самостоятельная работа – 1 час).
Применение теплофизических расчетов для анализа превращений, протекающих в сталях и сплавах при охлаждении. Программа "Сталь" и ее применение для анализа превращений в сталях при охлаждении. Программная модель номограммы Блантера для определения прокаливаемости. Построение
программного обеспечения расчетов прокаливаемости "BLANTER"
Лекция 50. (самостоятельная работа – 1 час).
Роль курса теории термической обработки в формировании специалиста в
области металловедения и термической обработки металлов. Роль инженераметалловеда, термиста в новых условиях конкурентного развития промышленного производства, способного выжить за счет неуклонного наращивания
качества, надежности, долговечности выпускаемой продукции, что оказывается возможным лишь на основе высочайшей технологии металлообработки
и высококачественных материалов, гарантией чему являются специалисты
нашего профиля.
Новейшие научные достижения в области теории и технологии термической обработки металлов за последний календарный период.
После самостоятельной работы над теоретическими вопросами дисциплины по каждому учебному модулю следует осуществить работы лабораторного и практического характера, предусмотренные разделами 1 и 2 настоящих рекомендаций. При проработке теоретического и иного материала дисциплины следует широко использовать электронный учебник и электронные
учебные пособия, рекомендованные и перечисленные выше.
15
Список рекомендованной литературы для самостоятельной работы:
Список основной литературы:
1. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов - М.: Металлургия, 1986. – 480 с.
2. Биронт В.С. Теория термической обработки. Отжиг: Учебное пособие
/ ГАЦМиЗ. Красноярск: 1997. – 208 с.
3. Биронт В.С. Теория термической обработки. Закалка, старение, отпуск: Учебное пособие / ГАЦМиЗ. Красноярск, 1998. – 172 с.
4. Биронт В.С. Теория термической обработки. Комбинированные методы: Учебное пособие / ГАЦМиЗ. Красноярск, 2000. – 140 с.
5. Биронт В.С. Теория термической обработки. Теплофизические основы и расчеты: Учебное пособие / ГАЦМиЗ. Красноярск: 2001. – 132 с.
Список дополнительной литературы
6. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов.- М.:Металлургия, 1972,1981
7. Колачев Б.А., Габидуллин Р.М., Пигузов Ю.В. Технология термической обработки цветных металлов и сплавов- М.: Металлургия, 1980.-280
с.
8. Горелик С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов-М.: Металлургия,
1978.-565 с.
9. Металловедение и термическая обработка металлов. Справочник под
ред. Бернштейна М.Л. и Рахштадта А.Г. - М.: Металлургия, т.1, 1961, т.2,
1962, т.1,2,3, 1984 г.
10. Металлография железа. Атлас в 3-х томах.- М.: Металлургия, 1972 г.
11. Диаграммы изотермического распада раствора в алюминиевых сплавах. Справочник. Под ред. Новикова И.И. - М.: Металлургия, 1973,-152 с.
12. Биронт В.С. Теория термической обработки металлов. Красноярск:
КИЦМ, 1974. – 190 с.
13. Биронт В.С. Ультразвуковая и термоультразвуковая обработка металлов и сплавов. Красноярск: КИЦМ,1973. – 170 с.
14. Биронт В.С. Применение ультразвука при термической обработке металлов.- М.: Металлургия,1977. – 168 с.
15. Биронт В.С. Материаловедение. Железоуглеродистые сплавы: учебн.
пособие / В.С. Биронт, А.А. Ковалева, Т.А. Орелкина, Л.С. Цурган // ГАЦМиЗ. – Красноярск, 2002. – 128 с.
16. Биронт В.С. Основы теории и технологии термоциклической обработки металлов и сплавов. Красноярск : КПИ,КИЦМ, 1984. – 76 с.
17. Биронт В.С. Нанесение покрытий. Красноярск: ГАЦМиЗ, 1994.–160 с.
16
18. Металловедение и термическая обработка металлов. Периодический
журнал.
19. Реферативный журнал “Металлургия”, раздел “Металловедение и
термическая обработка металлов”. Периодический журнал издательства ВИНИТИ.
Разработчики:
Проф., д.т.н.
Доцент, к.т.н.
Доцент, к.т.н.
В.С. Биронт
Е.В. Краснова
В.Ю. Гурская
17