Пояснительная зависка по ГОСТ (1229826), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

t_ц – температура цементации; t_I – температура нагрева при первой закалке; t_II – температура нагрева при второй закалке.

Рисунок 3.4 – Участок диаграммы Fe – Fe₃С. Изменение содержания углерода и структуры по толщине цементованного слоя

Структура после цементации получается крупнозернистой в связи с длительной выдержкой деталей при температуре науглероживания. Длительность изотермической выдержки при цементации зависит от заданной толщины слоя и марки стали.

Для получения заданного комплекса механических свойств после цементации необходима дополнительная термическая обработка деталей. В зависимости от условий работы, а также от выбранной для изготовления детали стали режим упрочняющей термической обработки может быть различен. Для тяжелонагруженных трущихся деталей машин, испытывающих в условиях работы динамическое нагружение, в результате термической обработки нужно получить не только высокую поверхностную твердость, но и высокую прочность (например, для зубчатых колес ‑ высокую прочность на изгиб) и высокую ударную вязкость. Для обеспечения указанных свойств требуется получить мелкое зерно как на поверхности детали, так и в сердцевине. В таких ответственных случаях цементованные детали подвергают сложной термической обработке, состоящей из двух последовательно проводимых закалок и низкого отпуска.

При первой закалке деталь нагревают до температуры на 30…50 °С выше температуры Ас₃ цементируемой стали. При таком нагреве во всем объеме детали установится аустенитное состояние (рисунок 3.4). Нагрев до температур, лишь немного превышающих Ас₃, вызывает перекристаллизацию сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна, что обеспечит мелкозернистость продуктов распада. При температуре t_з, как видно на рисунке 3.3, весь диффузионный слой переходит в аустенитное состояние, поэтому, чтобы предотвратить выделение цементита, проводят закалку.

При второй закалке деталь нагревают до температуры t_з с превышением на 30…50 °С температуры Ас₁ (рисунок 3.4). В процессе нагрева мартенсит, полученный в результате первой закалки, отпускается, что сопровождается образованием глобулярных карбидов, которые в определенном количестве сохраняются после неполной закалки в поверхностной заэвтектоидной части слоя, увеличивая его твердость. Вторая закалка обеспечивает также мелкое зерно в науглероженном слое.

Окончательной операцией термической обработки является низкий отпуск при 160…200 °С, уменьшающий остаточные напряжения и не снижающий твердость стали (рисунок 3.5).

I – цементация; II – двойная закалка; III – низкий отпуск.

Рисунок 3.5 – Режим термической обработки ответственных деталей машин после цементации.

После двойной закалки и низкого отпуска поверхностный слой приобретает структуру отпущенного мартенсита с включениями глобулярных карбидов. Структура сердцевины детали зависит от легированности стали. Если для цементации выбрана углеродистая сталь, то из-за малой прокаливаемое в сердцевине получится сорбитная структура; если же цементировалась легированная сталь, то в зависимости от количества легирующих элементов сердцевина может приобрести структуру бейнита или низкоуглеродистого мартенсита. Во всех случаях из-за низкого содержания углерода будет обеспечена достаточно высокая ударная вязкость.

Детали менее ответственного назначения после цементации подвергают более простой термической обработке, состоящей из одной закалки и низкого отпуска.

Если для цементации выбирают наследственно мелкозернистые стали и содержание углерода на поверхности близкое к эвтектоидному, то и при одной закалке получают удовлетворительные свойства, как в сердцевине, так и в цементованном слое. Однократная закалка широко используется на заводах массового производства, где цементацию ведут в газовом карбюризаторе. Выгодно и удобно в этом случае закалку проводить после цементационного нагрева (рисунок 3.6). Цементованные и термообработанные детали подвергают шлифованию.

I – цементация; II – закалка; III – отпуск; IV – подстуживание.

Рисунок 3.6 – Режим термической обработки при однократной закалке после цементации.

3.3 Полная закалка в масляном баке

При закалке в масляном баке температура масла по­вышается под действием теплоты, вносимой закаливае­мыми деталями. Работа с маслом, нагретым выше допу­стимого предела, опасна вследствие возможности вспыш­ки при его возгорании. При изотермической и ступенча­той закалке в горячих масляных ваннах также возни­кает опасность вспышки масла. Поэтому все масляные баки и ванны должны быть оборудованы средствами пожаротушения и устройствами для аварийного слива масла.

Максимально допустимая температура нагрева мас­ла при обычной закалке не должна превышать 80-90°С. Для такой закалки надо применять масла с температу­рой вспышки не ниже 165°С. В таблице 3.3 приведена температура вспышки некоторых масел.

Таблица 3.3 – Температура вспышки масел

Масло	Температура вспышки, °С	Масло	Температура вспышки, °С
Индустриальное	165	Дизельное	210
Машинное	180	Касторовое	275
Льняное	240	Цилиндровое	300

Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры выше критической (Ас₃), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Температура точки Ас₃ для стали 40 составляет 790°С, а Ас₁ равна 730°С. Структура доэвтектоидной стали при нагреве её до критической точки Ас1 состоит из зерен перлита и феррита. В точке Ас₁ происходит превращение перлита в мелкозернистый аустенит. При дальнейшем нагреве от точки Ас₁ до Ас₃ избыточный феррит растворяется в аустените и при достижении Ас₃ (линия GS) превращения заканчиваются.

Доэвтектоидные стали для закалки следует нагревать до температуры на 30-50°С выше Ас₃. Температура нагрева стали под закалку, таким образом, составляет 820-840°С. Структура стали 40 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит.

В зависимости от температуры отпуска меняется твердость закаленной стали. Например, при 600°С твердость НВ не более 200 ед., при 400°С – не более 280 ед., а при 200°С – не более 450 ед.

Поэтому для получения твердости 450 НВ закаленную сталь подвергают низкому отпуску при температуре 180-200°С. Низкий отпуск, незначительно снижая твердость поверхностно-закаленного изделия, существенно повышает сопротивление стали хрупкому разрушению. Структура стали после низкого отпуска на глубину прокаливания – мартенсит отпуска.

Для полной закалки используем электрическую печь камерного типа ПКМ 6.12.5 (рисунок 3.3). Печь нагревается до температуры 850-870° С. Клещами укладываем вал в печь и производим полную закалку с выдержкой не более 15 мин. После охлаждаем в масленном баке (рисунок 3.7) и снимаем паровую рубашку путем постоянного помешивания вала в масле с помощью металлической лопаткой. Так как масляная среда дает меньшую скорость охлаждения, то образование в стали мартенситной структуры происходит спокойнее, благодаря чему уменьшаются внутренние напряжения которое способствует возникновению трещин и дефектов на поверхности вала.

1 – подача воды; 2 – сброс масла; 3 – сброс воды в канализацию; 4 – подача масла.

Рисунок 3.7 – Схема устройства закалочного бака с охлаждение масло водой

Конструкция представляет собой бак в баке, между стенками которых имеется зазор, заполняемый проточной водой.

3.4 Высокий отпуск

Отпуском называется нагрев закаленной стали до температур ниже критической точки Ас₁ выдержка при этой температуре с последующим охлаждением (обычно на воздухе). Отпуск является окончательной термической обработкой. Целью отпуска является изменение строения и свойств закаленной стали: повышение вязкости и пластичности, уменьшение твердости, снижение внутренних напряжений. С повышением температуры нагрева прочность обычно уменьшается, а удлинение, сужение, а также ударная вязкость растут (рисунок 3.8). Температуру отпуска выбирают, конкретной детали.

Рисунок 3.8 – Влияние температуры отпуска на механические свойства стали с 0,4 % С

В зависимости от температуры нагрева различают три вида отпуска: низкотемпературный, среднетемпературный и высокотемпературный. При низкотемпературном отпуске закаленную сталь нагревают до 150 – 250 °С. После выдержки при этой температуре (обычно 1 – 3 ч) в детали получают структуру отпущенного (кубического) мартенсита При низком отпуске частично снимаются закалочные напряжения. Если в стали было значительное количество остаточного аустенита, то в результате его превращения в кубический мартенсит твердость после низкого отпуска может увеличиться на 2 – 3 единицы и HRC.

Рисунок 3.9 – Структура закаленной стали после различных видов отпуска, Х500: a – среднетемпературного (350 – 400 °С, бейнит); б – высокотемпературного (450 – 650 °С, сорбит); в – 650 – 700 °С

Низкий отпуск применяют для инструментальных сталей после цементации, поверхностной закалки и так далее. При среднетемпературном отпуске закаленную сталь нагревают до 350 – 400 °С. В результате получается структура троостита (бейнит). После такого отпуска в изделиях получается сочетание сравнительно высокой твердости (НRС 40 – 45) и прочности с хорошей упругостью и достаточной вязкостью по этому среднему отпуску подвергают валы, пружины и рессоры.
При высокотемпературном отпуске закаленные изделия нагревают до 450 – 650 °С. После такого нагрева и соответствующей выдержки в изделиях получается структура сорбита. В отличие от сорбита, образующегося после нормализации, когда цементит пластинчатый, после высокого отпуска цементит приобретает зернистую форму (рисунок 3.9, б). Это существенно повышает ударную вязкость при одинаковой (или даже более высокой) твердости по сравнению с нормализованной сталью. Поэтому такой отпуск применяют для деталей машин, испытывающих при эксплуатации ударные нагрузки. Закалку с высоким отпуском часто называют улучшением. При нагреве 650 – 700 °С получают структуру зернистого перлита (рисунок 3.9, в). Поскольку в легированных сталях все диффузионные процессы протекают медленнее, время выдержки при отпуске таких сталей больше по сравнению с углеродистыми. Кроме того, карбидообразующие элементы замедляют коагуляцию карбидов, в результате чего они сохраняются мелкодисперсными до более высоких температур. Это одна из причин наблюдающегося явления так называемой вторичной твердости, то есть увеличения твердости после отпуска в интервале 500 – 600 °С (наблюдается в сталях, легированных хромом, молибденом, ванадием и некоторыми другими элементами).

1 — быстрое охлаждение в воде или масле; 2 — медленное охлаждение.

Рисунок 3.10 – Влияние температуры отпуска на ударную вязкость стали с высокой восприимчивостью к отпускной хрупкости

Поэтому в результате высокотемпературного отпуска при одной и той же температуре, а следовательно, при одной и той же структуре, легированные конструкционные стали имеют более высокую прочность и пластичность, чем углеродистые. Это и является одной из основных причин применения легированных сталей для изготовления деталей ответственного назначения, испытывающих сложные напряжения при эксплуатации.

Обычно ударная вязкость с температурой отпуска увеличивается, а скорость охлаждения после отпуска не влияет на свойства. Но для некоторых конструкционных сталей наблюдается уменьшение ударной вязкости. Этот дефект называется отпускной хрупкостью. Различают отпускную хрупкость I и II рода.

Отпускная хрупкость I рода наблюдается при отпуске в области 300 °С у легированных, а также углеродистых сталей. Не зависит от скорости охлаждения. Это явление связывают с неравномерностью превращений отпущенного мартенсита. Процесс протекает быстрее вблизи границ зерен по сравнению с объемами внутри зерна. Благодаря этому вблизи границ создаются концентрации напряжений, границы становятся хрупкими. Отпускная хрупкость I рода “необратима”, то есть при повторных нагревах тех же деталей она в них не наблюдается.

Характеристики

Список файлов ВКР