Пантелеенко Ф.И. и др. - Восстановление деталей машин (1038481), страница 59
Текст из файла (страница 59)
рис. 4.6, 6, 1) либо сохранения в заэвтектоидных сталях избыточного цементита (неполная закалка, см. рис. 4.6, 6, 2). Во время ус- м рснного охлаждения со скоростью выше критической аустенит превращается в мартенсит. Твердость и износостойкость стали возрастают. закалку с полиморфным превращением называют закалкой на мартенсит. Закалка без полиморфного превращения происходит (см, рис.
4.6, 6, ~) н тех сплавах, в которых по мере нагрева и выдержки увеличивается растворимость второго компонента и избыточная фаза растворяется в матричной фазе. Последующее быстрое охлаждение фиксирует состояние неравновесного пересыщенного твердого раствора, не характерное мя низких температур. Такая закалка широко применяется для алюминиевых, магниевых, никелевых, медных и других сплавов, некоторых легированных сталей.
Сильного упрочнения и снижения пластичности сплавов, подвергаемых закалке без полиморфного превращения, не наблюдается. В последующем такая неравновесная система при комнатных температурах стремится к равновесию и выделению избыточной фазы (естественное старение, см. рис. 4.6, 6, 4), Некоторый подогрев закаленного сплава значительно ускоряет этот процесс (искусственное старение, см. рис. 4,6, 6, 5). Закалка и частичное старение обеспечивают повышение гвердости, прочности, изменение других свойств. Полное старение приводит сплав к двухфазному равновесному состоянию и, следовательно, исходным свойствам. В случае закалки с полиморфным превращением аналогично старению при нагреве (отпуске) закаленный сплав стремится к равновесному состоянию, что позволяет понизить напряжения и твердость, повысить пластичность.
Отпуск включает нагрев закаленного сплава до температур не выше критических, выдержку и охлаждение с заданной скоростью. Различают низкий отпуск (150...200 'С; см. рис. 4.6, 6, 6), средний (300...400 'С, см. рис. 4.6, 6, 7) и высокий отпуск (-500...600 'С, см. рис. 4.6, 6, 8) стали. Применительно, например, к углеродистым инструментальным сталям закалка с низким отпуском обеспечивает высокие твердость и износостойкость, сохраняя структуру мартенсита отпуска.
Для среднеуглеродистых сталей закалка со средним отпуском дает максимальную упругость и достаточную твердость, что необходимо для рессор, пружин, деревообрабатывающего инструмента. При среднем отпуске мартенсит распадается на зернистую дисперсную ферритоцементитную смесь (троостит). Закалка с высоким отпуском для среднеуглеродистых сталей обеспечивает еще большее приближение к равновесному состоянию и получение более грубой зернистой ферритоцементитной смеси (сорбит), 496 Глава 4. МЕХАНИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ГЕРМИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОЬРАЬОГКА 491 имеющей достаточные прочностные свойства, высокую ударную вязкость и наилучшую обрабатываемость резанием.
Поэтому закалку с высоким отпуском называют улучшением и применяют для ответственных деталей конструкций и машин. Нагрев закаленной стали до температуры, близкой к А„, приводит к близкому к равновесному состоянию и распаду мартенсита на еще более грубую, чем сорбит, ферритоцементитную структуру зернистого перлита. В зависимости от характера охлаждения при закалке различают следующие ее виды, представленные на рис. 4.7 с наложением на диаграмму распада переохлажденного аустенита: в одной среде ~непрерывная), в двух средах, ступенчатую, изотермическую, с самоотпуском.
Непрерывная закалка ведется со скоростью выше критической в одном охладителе (см. рис. 4.7, 1). С целью уменьшения остающихся в детали после закалки напряжений перед началом мартенситного превращения закаливаемую деталь перебрасывают в другую среду, имеющую меньшую скорость охлаждения (закалка в двух средах, см. рис.
4.7, 2), например из воды в масло. Это обеспечивает меньшие внутренние напряжения после закалки. Взамен такой закалки для мелких деталей часто реализуют ступенчатую закалку ~см. рис. 4.7, 3) с охлаждением и выдержкой деталей в расплаве солей, имеющих температуру на 20...40 'С выше точки начала мартенситного превращения, и последующим охлаждением в масле или на воздухе.
При изотермической закалке (см. рис. 4.7, 4) выдержку осуществляют до полного распада аустенита в среде с температурой, обеспечивающей получение требуемой структуры, например троостита, и, следовательно, требуемых свойств. В ряде случаев, когда нужны твердая поверхность и способность воспринимать ударные нагрузки, выполняют закалку с самоотпуском. При этом, не дожидаясь при закалке полного охлаждения, извлекают деталь из закалочной среды. Оставшееся внутри детали тепло обеспечивает самоотпуск закаленной поверхности, после чего следует окончательное охлаждение.
В зависимости от вида нагрева различают газопламенную, плазменную, лазерную, электронно-лучевую закалку, закалку с нагревом токами высокой частоты (индукционную), которая наиболее широко применяется в промышленности. 123 4 т,С Рис. 4.7. Виды закалки в зависимости от характера охлаждении (на примере эвтектоидной стали): 1 — в одной среде (непрерывная); 2 — в двух средах; 3 — ступенчатая: 4 — изотермическая; г„р — критическая скорость охлаждения нри закалке При разработке и реализации любого из перечисленных видов термической обработки необходимо учитывать ряд факторов. Так, например, чем больше степень легированности стали, тем значительнее смещение критических точек, сильнее ее влияние на различные свойства стали. Попому при выборе температур нагрева значения критических точек следует брать из марочников сталей, сплавов.
Продолжительность и скоросгь нагрева сплава до выбранной температуры зависят преимущественно от степени легированности, температуры нагрева, формы изделий, |ипа печи, характера укладки изделий в печи. В табл. 4.8 приведены примеры ориентировочных норм продолжительности нагрева стали для разных температур и типов печей. 4.8. Ориентировочные нормы нагрева стальных изделий 493 492 Глава 4, МЕХАНИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА При нагреве стали под термическую обработку в наиболее распространенных электрических печах в зависимости от температуры нагрева и формы изделия можно руководствоваться такими данными, как, например, приведенные в табл, 4.9. Продолжительность нагрева т„под термическую обработку можно ориентировочно определить и с помощью эмпирических формул, например такой: тв =0,10К~К,К,, где Π— размерная характеристика изделия — минимальный размер максимального сечения, мм; К1 — коэффициент нагревательной среды (для газа — 2, расплава соли — 1, расплава металла — 0,5); К2 — коэффициент формы (для шара — 1, цилиндра — 2, параллелепипеда — 2,5, пластины— 4); Кз — коэффициент равномерности нагрева ~всесторонний нагрев — 1, односторонний -4).
Время выдержки стальных изделий, например, при температуре нагрева под закалку для электрической печи можно принять также из расчета 1 мин на 1 мм с у ловной толщины изделия, Условная толщина равна произведению фактической толщины на коэффициент формы. При высоких температурах в результате взаимодействия металлов и сплавов с воздушной средой происходят нежелательные явления: окисление и обез гле ж у роживание. Окисление — образование непрочных оксидов железа и других элементов с кислородом воздуха, обезуглероживание — выгорание углерода из поверхностных слоев.
Чем выше 4.9. Ориентировочное время нагрева деталей нз углеродистой стали в злектрической печи ТЕРМИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ~смпература, тем интенсивнее протекают эти диффузионные процессы. 11агрев в среде инертных газов, специальных контролируемых атмосфер или в расплавах солей и металлов позволяет избежать этих нежелательных явлений. В табл. 4.10 приведен состав некоторых часто применяемых ~ия нагрева под закалку солей. При термической обработке важна роль охлаждающих сред. Так, например, при закалке используют воду, масло, водомасляные эмульсии, водные растворы солей.
Наиболее простой закалочной средой является вода, однако она обладает высокой охлаждающей способностью в обласги мартенситного интервала и может вызвать повышенные внутренние напряжения и трещинообразование. Для масла характерна более низкая охлаждающая способность„поггому чаще оно применяется для легированных сталей, имеющих более высокую прокаливаемость„чем углеродистые стали. Предпочтительны такие закалочные среды, которые обладают высокой охлаждающей способностью в области температур наименьшей устойчивости аустенита (500...650 'С) и пониженной — в области мартен- ситного превращения (< 300 С). В табл.
4.11 приведены характеристики типичных охлаждающих сред 4.10. Состав соляных смесей, применяемых для нагрева изделий под закалку пластическая деформация 1,* С алка 1, СТ Скорость охлаждения, '1с, при температуре, 'С А д! Охлаждаощая среда 650...550 Дистиллированная вода 250 Вода при температуре, 'С: 18 26 50 74 600 500 100 30 270 270 270 200 10% ный раствор поваренной соли в воде при 18 'С 300 10%-ный раствор серной кислоты в воде при 18 С 750 300 Минеральное масло 100...150 Трансформаторное масло 120 Эмульсия масла в воде Медные плиты Железные плиты 70 200 60 35 Воздух под давлением 10 494 Глава 4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
