Лекции_Матвед_Минаков (Лекции), страница 12

углеродистых сталейПредварительная Т.О. сталейА. Отжиг→ конструкционная стальТакой отжиг называетсяперекристаллизационным. Посленего получают практическиравновесную структуру – Ф+П,мелкозернистую, с minтвёрдостью – 140-160 HB.Используется для сортовогопроката, поковок и фасонныхотливок.→ инструментальная стальдля инструментальной стали перекристаллизационный отжиг использоватьнельзя, т.к. в итоге получится структура П+Цсетка, что является недопустимымструктурным дефектом, и конечная твёрдость будет ≫ 200 HB.для тонких листов, прутков, подшипниковТакой отжиг называетсясфероидизирующим.При первой выдержке образуютсязародыши Ц в центрах, которымиявляются микрообъёмы А сповышенной концентрациейуглерода (из-за недостаточной егогомогенизации) и частицы Ц,которые образовались при разрывеЦсетки при выдержке. При второйвыдержке происходит распад А насмесь Ф+Ц, сфероидизация икоагуляция образовавшегося ранееЦ.

Структура при окончательноммедленном охлаждении –П зернистый с minтвёрдостью ~160 HB.Б. НормализацияИтог: Основные цели предварительной Т.О. – смягчить сталь + устранитьструктурные дефекты + подготовить структуру для окончательной(упрочняющей) Т.О.на сборку(неответственнаядеталь[кронштейн])заготовка(поковка,прокат,отливка)предварительнаяТ.О.основнаямеханическаяобработка сприпусками(фрезерование,точение,сверление и др)финишнаямеханическаяобработка(шлифовка,полировка)окончательная(упрочняющая)Т.О.[практически длявсех деталей]Окончательная (упрочняющая) Т.О.

сталейА. ЗакалкаЦель – получение max твёрдости безлишней хрупкостиВыбор температуры закалки:→конструкционная сталь 1структурынагрпосленагревапослеохлажденияитог1Ф+ПФ+Пизменений нет;твёрдость неповысилась2Ф+А0,8Ф+М0,8А1М1max твёрдостьнагр констр. = АС3 + 30 ÷ 50 ℃4А 1крупнозернистыйМ1крупноигольчатыйтвёрдостьбольшая, но неmax + высокаяхрупкостьзакалка называется полнойтвёрдостьповысилась, ноне max (т.к.Температура нагрева под закалку:есть Ф)→инструментальная сталь 2структурынагрпосленагревапослеохлажденияитог1П+ЦП+Цизменений нет;твёрдость та жеА~0,8 +ЦМ~0,8 +Ц +Аостmax твёрдость(Аост мало, Цдаётдополнительнуютвёрдость)34А2М2 +Аосттвёрдостьбольшая, но многоАост + хрупкостьМА2М2твёрдостькрупнозер- крупноиголь- большая, но многоАост + высокаянистыйчатый+Аостхрупкость МТемпература нагрева под закалку:нагр инстр.

= АС1 + 30 ÷ 50 ℃закалка называется неполнойЗамечание по инструментальным сталям:У инструментальных сталей температура Мк <0℃, поэтому после закалки в стали остаётсянекоторое количество Аост , что недопустимо(сталь для инструментов); поэтому после закалкинеобходимо выполнить «обработку холодом»:- 40 ℃ (холодильные камеры)- 70 ℃ (сухой лёд СО2 )Аост → Мзак- 196 ℃ (жидкий азот)Выбор условий охлаждения:охл ≥ крмасло~ 60 ℃Τсеквода~ 600 ℃Τсеквода+NaCl ~ 1200 ℃Τсеквода+NaOH ~ 1460 ℃ΤсекПри закалке, т.е. быстром охлаждении возникают две трудностиА) При быстром охлаждении деталь остывает неравномерно (!), это создаётзакалочные напряжениятермические (неравномерноетермическое сжатие)с этим можно житьструктурные (из-за неравномерногопротекания мартенситного превращения,которое идёт с увеличением объёма)очень опасные вещиСтруктурные напряжения накладываются на термические → остаточныенапряжения вызывают коробление детали и появление трещин околоконцентраторов напряжений.Парадокс материаловедения № 1 –1 строкаРешение проблемы:I зона – тут необходимо охлаждать быстроII зона – тут охлаждать быстро опасно и ненадоСпособы закалки (для уменьшенияостаточных напряжений):1 – закалка в одном охладителе (maxзакалочные напряжения) – самый неумныйвариант;2 – закалка в двух охладителях (меньшезакалочные напряжения) – для реализациинужен специалист высшей квалификации,штучные вещи;3 – ступенчатая закалка (выдержкавыравнивает температуру по сечению →min остаточные напряжения) – длямассового производства деталей или сосложной формой;4 – изотермическая закалка (нетостаточных напряжений) – для деталейособо сложной формы, тяжелореализовать.Б) При быстром охлаждении массивная деталь в любом охладителе охлаждаетсянеравномерно по сечениюВведено понятие прокаливаемость –способность стали закаливаться наопределённую глубину в конкретномохладителе.[Закаливаемость – это способностьстали приобретать высокуютвёрдость при закалке]За глубину прокаливаемого слояпринимают расстояние дополумартенситной зоны, т.е.

слой вкотором ≥ 50 % М.Полумартенситную зону принимаютв качестве критерияпрокаливаемости потому, что еёлегко определить помикроструктуре, но еще проще потвердости.Для практической оценки (можно найти всправочниках) прокаливаемости используютвеличину:Критический диаметр (кр ) – максимальныйдиаметр вала, который прокаливается насквозь вданном охладителе.Для определения кр используют метод торцевойзакалки (ГОСТ 5657-69)Цилиндрический образец определённой формыи размеров, нагретый до определённойтемпературы, охлаждают водой с торца наспециальной установке. После охлажденияизмеряют твёрдость по длине образца.кр = 2 ∗ ∆Прокаливаемость зависит от химическогосостава стали и охлаждающей средыВывод: при закалке:- получают крайне неравновесную структуру М;- М имеет max HRC, но min (практически 0) ;- в М присутствуют остаточные напряжения.Закалка никогда не являетсяпоследней операцией, послезакалки (не позднее одногочаса) в стали проводятотпуск.Б.

Отпуск (нагрев после закалки)Изменение механических свойств при отпуске:I и II – отпускная хрупкость 1-го и 2-го рода – переход стали в хрупкое состояниев результате отпуска в определённом интервале температурОтпускная хрупкость I рода – необратимая (ситуацию никак не исправить) –отпуск в таком интервале температур не делают;Отпускная хрупкость II рода – обратимая (ситуацию можно исправить) – отпуск втаком интервале температур делают, если: а) быстро охлаждать после отпуска (вводе, масле); б) легировать сталь ~ 0,3 % Mo (W).ТемпературныйинтервалСтруктура120 –250 ℃Мотп +[карбиды]350 –450 ℃Тотпснять остаточныенапряжения;получить комплекссвойств.HRC 40-50пружины,max упругость,рессоры,предел выносливости штампы, рельсык циклическимнагрузкам500 –600 ℃Сотпснять остаточныенапряжения;получить комплекссвойств.HRC 30-35наилучшее сочетаниесвойств (В , HRC,,KCU )высокийсреднийнизкийназваниеВиды отпускаЦельпонизить остаточныенапряжения;сохранить высокуютвёрдость,достигнутую послезакалки.СвойстваПрименениеHRC 60-64 (max 67)измерительный,слесарный ирежущийинструмент (безразогреварежущейкромки),подшипникибольшинстводеталей (валы,зуб.

кол.)Примечание: ЗАКАЛКУ+ВЫСОКИЙ ОТПУСК называют УЛУЧШЕНИЕМГлава VI «Влияние химико-термической обработки иповерхностной термической обработки на структуру и свойствасплаво⻧ 1. Влияние поверхностной термической обработки наструктуру и свойства сплавовПоверхностная Т.О. – Т.О. поверхностного слоя детали.Цель: получение высокой твёрдости поверхности и вязкой сердцевины.Типичные детали: коленчатые валы, втулки, шпиндели, шестерни, валкихолодной прокатки и др., но все без разогрева поверхности.Стали для поверхностной Т.О.: среднеуглеродистые и низколегированные стали(40, 45, 40Х, 45Х, 40ХН) и стали регламентированной прокаливаемости (55ПП,60ПП; *ПП – пониженной прокаливаемости).Идея метода: быстрый нагрев детали (создание температурного градиента посечению детали) и последующая её закалка.«быстрый нагрев» – это 2-3 мин.Способы нагрева: - в расплавленных металлах или солях;- в электролитах;- пламенем ацетилено-кислородной илигазовой горелки;- электрическим током, индуцируемымв поверхностных слоях детали (токами высокой частоты[ТВЧ]) – наиболее часто употребляемый;Через индуктор протекает переменный эл.

ток →создаётся переменное магнитное поле → в результатеиндукции в поверхностном слое создаются вихревые токии выделяется теплота, которая поглощается деталью. – электросопротивление; = 5000, где∗ – магнитная проницаемость; – частота тока (от 4000 Гц[для x= 4 мм] до 50000 Гц [дляx= 1 мм]1 – деталь;2 – индуктор;3 – спрейер;4 – силовые линиивихревого магнитногополя.«скорость нагрева» – 30-300 ℃/сек в районе температурА1 - А3 (А ).Скорость нагрева необходимо коррелировать, т.к.

принагреве выше 768 ℃ (т.е. выше точки А2 магнитнаяпроницаемость стали резко падает, увеличиваетсяглубина проникновения тока x, следовательно,уменьшается и скорость нагрева детали).«быстрое охлаждение при закалке» - водяной душ черезспрейер.Сверху: изменение магнитной проницаемости,глубины проникновения тока и температуры вовремя нагрева ТВЧСнизу: диаграмма для выбора температурынагрева для стали У10 (I – нагрев ТВЧ; II нагрев в печи).Закалка ТВЧ выполняетсяна готовых деталях.Перед закалкой ТВЧнеобходимо провестинормализацию дляполучения вязкойсердцевины.

Закалка ТВЧдаст твёрдую иизносостойкуюповерхность.полуфабрикат →предварительная Т.О.(отжиг) →механическаяобработка (первичная)→ нормализация →закалка ТВЧ → низкийотпуск →окончательная мех.Макроструктура коленчатого вала и шестерниобработка(шлифование) автомобильного двигателя после закалки ТВЧДостоинства:- высокая производительность при массовом производстве деталей (напр.,автомобильная промышленность);- более высокие механические свойства (т , KCU), чем после обычной закалки;- отсутствие окалины;- min коробление;- точное регулирование толщины слоя.Недостатки:- при мелкосерийном и единичном производстве дорого (т.к.

необходимоконструировать индуктор для каждого типа детали);- дороговизна установки;- для некоторых типов деталей (со сложной формой) невозможносконструировать индуктор;- в деталях с глубокими впадинами, с выступами, с резким переходами или сострыми углами затруднительно получить равномерную толщину слоя послезакалки;- поверхностный слой при эксплуатации не должен нагреваться выше 250 ℃(иначе Мотп превратится в Тотп (Сотп ) и твёрдость начнёт резко снижаться)§ 2. Влияние химико-термической обработки на структуру исвойства сплавов§ 2.1. ВведениеХ.Т.О. – комплексная обработка деталей, состоящая из термического ихимического воздействия, при котором в результате диффузии атомов одного илинескольких компонентов происходит изменение химического составаповерхностного слоя детали.Отличия Х.Т.О.