Г.А. Околович - Учебное пособие - Нагрев и нагревательные устройства (Г.А. Околович - Нагрев и нагревательные устройства), страница 11

пористостью, атакже природой и морфологией неметаллических включений. Какправило, флокены располагают в средней части поковки и не имеют71определеннойориентировки.Вкрупныхпоковкахонирасполагаются или берут начало в ликвационных участках,обогащенных углеродом, фосфором, серой и легирующимиэлементами.Флокены образуются в поковках при содержании в 100 гметалла 4-8 см3 водорода под действием дополнительныхвнутреннихнапряжений(структурных,термическихимеханических), которые увеличивают локальную концентрациюводорода в твердом растворе.Наименьшая скорость выделения водорода происходит изпереохлажденного аустенита и резко увеличивается при его распаде.Противофлокенная термическая обработка состоит изследующих этапов:™ превращения переохлажденного аустенита в перлит (для углеродистых и низколегированных сталей) или бейнит (для легированныхсталей,обладающихзначительнойустойчивостьюпереохлажденного аустенита в перлитной области);™ изотермической выдержки при субкритических температурах,обеспечивающей повышенную подвижность водорода и его выходиз поковки;™ замедленного охлаждения с температуры изотермическойвыдержки, обеспечивающего минимум внутренних напряжений.Как правило, поковки из углеродистых и низколегированныхсталей переохлаждаются до температур 450-6500C, из высоколегированной стали - до 200-3500C.

Выдержка при изотермических температурах обеспечивает удаление водорода из поверхностных слоев иперераспределение его в объеме заготовки, что приводит к уменьшению опасности возникновения флокенов. Длительность изотермической выдержки определяется составом стали и размерами поковок.В зависимости от состава стали существует много режимовпротивофлокенной термической обработки. Все режимы противофлокенной обработки направлены на удаления водорода из твердогораствора в интервале температур, в котором скорость его диффузиив α- фазе максимальна при повышенной пластичности металла (6406800C). На рис.40а в качестве примера приведены режимы противофлокенной обработки поковок сечением до 700 мм из конструкционных среднеуглеродистых сталей перлитного класса (45Х, 45ХН идр.).В процессеизотермическойвыдержки при 640-6800Cпротекает распадаустенита по перлитному механизму и72одновременно диффузия атомов водорода к границам микропор идругим несплошностям металла.

При последующем медленномохлаждении или выдержке при 200-350°C (крупные поковкиразмером 800-1000 мм) атомы водорода отделяются от границ пор всами поры с образованием молекул водорода, которые, уже небудучи в твердом растворе, не оказывают окручивающего влияния ипо разным микро-каналам или субмикронесплошностям выходят изметаллаватмосферу.Этипроцессыиуменьшаютфлокеночувствительность.На рисунок 40б дана технологическая схема противофлокеннойобработки поковок из высоколегированных сталей мартенситногокласса (18Х2Н4ВА). Переохлажденный аустенит в этих сталяхобладает высокой устойчивостью и не претерпевает перлитногопревращения.

В этом случае поковки после окончания штамповки(ковки) накапливают в печи при 500-6000C, охлаждают ниже точкиМк для завершения γ→α - превращения и затем нагревают до 6206600C, при этом происходит отпуск стали (распад мартенсита вферритокарбидную смесь) и удаление водорода.Чем выше легированность стали и чем больше сечениезаготовки (поковки), тем сложнее схема обработки и болеедлительны выдержки. Для поковок из сложнолегированных сталейиногда дают несколько последовательных отпусков (отжигов) при640-660 0C c предварительным охлаждением до 150-2500C.Противофлокенную обработку поковок часто совмещают с полнымотжигом, т.е.

нагревом до АС3 +(20-400C), охлаждением до 300350`C (или ниже Мк = 200-2500С для высоколегированных сталеймартенситного класса), изотермической выдержкой при 6400С ипоследующим медленным охлаждением до 300 0С, 30-400С/ч и затем20-150С/ч до 1000C.Общая продолжительность противофлокенной обработки взависимости от состава стали, и размера поковки составляет \2001000ч. Процесс ведут в газовых печах с выкатным подом.Сортовой прокат из низколегированных сталей чащеохлаждают на воздухе для протекания γ→α превращения, после чегонагревают несколько ниже АС1 (660-7000С) с последующимохлаждением на воздухе.

Иногда для предотвращения флокенов итрещин ограничиваются замедленным охлаждением металла послепрокатки73Рисунок 40 - Схема противофлокенной обработки легированнойстали перлитного (а) и мартенситного (б) класса в неотапливаемыхколодцах (25-50 и более часов до 500-200 0C)74Несмотря на важную роль термической обработки, все женаиболее радикальный способ, полностью исключающий флокеночувствительность - вакуумирование жидкой стали, поковок частосовмещают с полным отжигом, т.е.

нагревом до АС3 +(20-40 0C),охлаждением до 300-3500C (или ниже Мк = 200-2500С) для высоколегированных сталей мартенситного класса), изотермическойвыдержкой при 640-6600C и последующим медленнымохлаждением до 300-4000C, 30-400С/ч и затем 20-15 0С/ч до 1000C.Общая продолжительность противофлокенной обработки взависимости от состава стали и размера поковки составляет 2001000ч. Процесс ведут в газовых печах с выкатным подом.Сортовой прокат из низколегированных сталей чащеохлаждают на воздухе для протекания γ→α превращения, после чегонагревают несколько ниже АС1 (660-7000С) с последующимохлаждением на воз-духе. Иногда для предотвращения флокенов итрещин ограничиваются замедленным охлаждением металла послепрокатки в неотапливаемых колодцах (25-50 и более часов до 5002000C).Несмотря на важную роль термической обработки, все женаиболее радикальный способ, полностью исключающий флокеночувствительность - вакуумирование жидкой стали, обеспечивающееснижение содержания водорода в литом металле ниже критического.Поковки из стали вакуумно-дугового переплава (ВДП) не нуждаютсяв противофлокенной обработке.Термическая обработка после ковки, обеспечивающаясмягчение металла и снятие внутренних напряжений, может бытьзначительно сокращена путем уменьшения изотермическойвыдержки.

Мелкие поковки из стали ВДП можно охлаждать навоздухе, затем поковки из сталей мартенситного класса подвергаютотпуску, а из сталей перлитного класса - отжигу.5.3 Окончательная термическая обработкаЕсли предупреждение дефектов в поковках и снижение ихтвердости достигается путем предварительной термическойобработки, то необходимые служебные характеристики, визготовленных из них деталях машин, обеспечиваютсяокончательной термической обработкой.В практике термической обработки стальных поковок дляполучения необходимых структуры и свойств используют отжиг,нормализацию, нормализацию с отпуском и закалку с высоким75отпуском. Поковки из углеродистых сталей подвергаютнормализации с последующим отпуском, что обеспечиваетполучение требуемых свойств и является окончательнойтермической обработкой. Термическая обработка поковок излегированных сталей состоит из двух этапов - предварительного иокончательного.Общим для всех режимов термической обработки поковокявляется нагрев и выдержка выше критической точки Ас3 (на20-40 0C) в начале технологического процесса.

Это позволяет за счетфазовой перекристаллизации получить однородную мелкозернистуюструктуру.В ряде случаев рекомендуется совмещать процесс охлажденияпосле термической обработки с целью использования теплотыковочного нагрева и уменьшения времени технологическогопроцесса.Для окончательной термической обработки стальных поковокиспользуют нормализацию с высоким отпуском или закалку свысоким отпуском.Скорость нагрева под закалку до температуры 6500C, особеннодля поковок больших размеров, не должна превышать 500C/ч. Нагревсвыше 6500C до температуры аустенизации осуществляется сбольшей скоростью определяемой мощностью печи.

Относительнонебольшая скорость нагрева при низких температурах принята дляпредотвращения возникновения внутренних напряжений.Температуру и время выдержки при отпуске выбирают исходяиз требований минимума внутренних напряжений, возникающих врезультате закалки или нормализации.