tihonova (523116), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Такой отжиг, как более экономичный, применяютдля доэвтектоидных сталей после правильно выполненной горячей обработки давлением,когда не требуется исправление всей структуры заготовки.Неполный отжиг применяют также для получения зернистого перлита в структурезаэвтектоидных инструментальных сталей для улучшения их обрабатываемости резанием.При таком сфероидизирующем отжиге сталь нагревают немного выше точки Аc1,выдерживают при этой температуре, медленно охлаждают до 620-680 °С и затем на воздухе.Изотермический отжиг заключается в нагреве стали выше температуры Аc3 или Аc1,выдержке до полного завершения фазовых превращений и перенесении изделий в солянуюванну или печь с температурой на 120-180 °С ниже Аr1, где осуществляется выдержка дополного распада аустенита. Часто применяется для легированных сталей.Нормализация стали. При нормализации сталь нагревают выше температуры Аc3 или Аcm на30-50 °С (рис.
12.1). После выравнивания температуры по всему сечению деталиохлаждаются на спокойном воздухе. Таким образом, нормализация является промежуточнойоперацией между отжигом и закалкой. Основной целью нормализации является получениемелкозернистой однородной структуры, устранение цементитной сетки в структурезаэвтектоидной стали, частично снятие внутренних напряжений и наклепа, для улучшенияштампуемости и обрабатываемости резанием.Низкоуглеродистая сталь после нормализации имеет мелкозернистую структуру феррита иперлита, нормализация здесь экономичнее отжига с фазовой перекристаллизацией.
Структурасреднеуглеродистой стали после нормализации состоит из феррита и сорбита, поэтомупрочность и твердость выше, чем после отжига.Нормализации часто подвергают стальные отливки, поковки и штамповки.Закалка стали. При закалке сталь нагревают выше критической температуры и затемохлаждают со скоростью равной или выше критической, необходимой для получениянеравновесной структуры - мартенсита закалки.Выбор температуры закалки производится в зависимости от температуры критических точек.Доэвтектоидные стали нагревают выше точки Аc3 на 30-40 °С.
Нагрев выше Аc1, но ниже Аc3для этих сталей недопустим, ибо при последующем охлаждении образуется смесь структурмартенсита закалки и феррита, из-за низкой твердости феррита твердость после закалки будетпонижена.Для заэвтектоидных сталей оптимальная температура нагрева выше Аc1 на 30-40 °С. Послеохлаждения с критической скоростью образуется структура мартенсита закалки и вторичногоцементита.
При таком сочетании структурных составляющих обеспечивается максимальнаятвердость после закалки (твердость цементита 750 НВ, мартенсита высокоуглеродистойстали 700 НВ). Необходимо учитывать, что при нагреве выше Аc1 заэвтектоидных сталей (принеполной закалке) оптимальные результаты будут получены, если выделения вторичногоцементита Аc1 имеют зернистую (сфероидальную) форму.
Выделения цементита в виде сеткипо границам зерен недопустимы, так как сталь будет хрупкой. Поэтому заэвтектоидные сталидля получения качественной структуры перед закалкой подвергаются отжигу-сфероидизации.Выбор температуры для закалки легированных сталей производится по данным изсправочников.Наиболее ответственной операцией при закалке является охлаждение, которое должноосуществляться со скоростью выше критической для получения структуры мартенсита.Критическая скорость закалки для данной стали определяется по термокинетическойдиаграмме состояния.
При больших скоростях охлаждения при закалке возникаютвнутренние напряжения, которые могут привести к короблению или растрескиванию деталей.Причины возникновения напряжений: 1) различие температур по сечению изделия приохлаждении - термические напряжения, 2) разновременное протекание фазовых превращенийв разных участках детали (мартенсит имеет больший объем, чем аустенит) - фазовыенапряжения.Оптимальные режимы охлаждения при закалке определяются по диаграмме изотермическогопревращения аустенита. Во избежание распада аустенита в области образования трооститаскорость охлаждения в интервале температур 650-400 °С должна быть высокой.
Вместе сэтим в интервале температур мартенситного превращения ниже 300 °С скорость охлаждениядолжна быть низкой. Наиболее распространенные закалочные среды - вода и масло.Первый период охлаждения после погружения нагретого тела в жидкость, когда вокруг негообразуется паровая рубашка, - период пленочного кипения. Пленочное кипение водыраспространяется на интервал 650-400 °С, чистая вода охлаждает в этом интервале не смаксимальной скоростью. Для ускорения охлаждения рекомендуется перемещение изделия вводе. Вторая стадия - пузырчатое кипение, разрушение паровой рубашки, интенсивноеиспарение жидкости и охлаждение - вода при температурах 300-200 °С охлаждает слишкомбыстро.
Условия охлаждения улучшаются у водных растворов щелочей, солей и кислот.Третья стадия - ниже температуры кипения жидкости, конвективный теплообмен,уменьшение скорости охлаждения.Положительной особенностью масла является низкая скорость охлаждения при 300-200 °С. Вряде случаев (легированные стали) скорость охлаждения при закалке в масле при 650-400 °Сможет быть достаточной для предотвращения распада аустенита. Закалка в маслеобеспечивает уменьшение брака от трещин. Для углеродистых сталей скорость охлаждения вмасле при 650-400 °С недостаточна.Для получения оптимальных результатов при закалке разработаны различные способыохлаждения: 1) закалка в одном охладителе (простая непрерывная закалка) - наиболеепростой и широко применяемый метод, закалочные среды: индустриальное масло, вода,водные растворы щелочей:; 2) закалка в двух средах (прерывистая закалка): заключается впредварительном охлаждении детали в более резком охладителе, например, в воде, дотемпературы ~300 °С с последующим охлаждением в более мягкой среде; 3) ступенчатаязакалка: деталь после нагрева переносят в среду с температурой несколько выше МH,выдерживают до выравнивания температуры по сечению и далее охлаждают на воздухе, вкачестве закалочной среды используют специальные масла; 4) изотермическая закалкаотличается от ступенчатой более длительной выдержкой выше точки МH, достаточной дляпревращения аустенита в нижний бейнит, среда - обычно расплавленные соли или щелочиразного состава; 5) закалка с самоотпуском - для инструмента типа зубил, молотков, кернов.Важные свойства стали: закаливаемость и прокаливаемость.
Закаливаемость - способностьстали к получению максимальной твердости при закалке. Главный фактор, определяющийзакаливаемость, - содержание углерода в стали. Прокаливаемость - способность сталиполучить закаленный слой с мартенситной или трооститно-мартенситной структурой наопределенную глубину. За характеристику прокаливаемости принимают критическийдиаметр Dk, т.е. наибольший диаметр цилиндра из данной стали, который получит врезультате закалки полумартенситную структуру в центре образца. На прокаливаемостьвлияет много факторов: состав аустенита (все элементы, кроме С0, увеличивают стабильностьаустенита и увеличивают прокаливаемость), с ростом зерна аустенита прокаливаемостьувеличивается, увеличение неоднородности аустенита и наличие нерастворимых частиц(оксиды, карбиды) ускоряют распад аустенита и уменьшают прокаливаемость.Отпуск стали.
Отпуск является заключительной операцией термической обработки. Приотпуске формируется окончательная структура и свойства изделия. Уменьшаются илиустраняются внутренние закалочные напряжения, повышается вязкость и пластичность.В зависимости от температуры нагрева различают отпуск низкотемпературный,среднетемпературный и высокотемпературный.Низкотемпературный (низкий) отпуск проводят с нагревом до 150-200 °С. При низкомотпуске несколько снижаются внутренние напряжения. Твердость остается высокой (58-62НRC). Структура стали после низкого отпуска состоит из мартенсита отпуска.
Этот видотпуска применяется в основном для инструментов и для изделий, подвергаемыхповерхностной закалке, цементации, нитроцементации.Среднетемпературный (средний) отпуск проводят при 350-500 °С после закалки пружин ирессор. Структура троостита отпуска обеспечивает высокий предел упругости, твердость 4050 HRC.Высокотемпературный (высокий) отпуск проводят при 550-600 °С. Структура состоит изсорбита отпуска (с зернистым строением Fe3C), имеющего высокий комплекс механическихсвойств (максимальную вязкость).
Применяют для нагруженных конструкционных деталей.Закалка с высоким отпуском называется улучшением. Длительность нагрева при отпуске 11,5 часа. Во избежание возникновения термических напряжений рекомендуется последующеемедленное охлаждение, за исключением сталей, подверженных обратимой отпускнойхрупкости, которые от температуры отпуска охлаждают в воде или масле.Термомеханическая обработка стали.
Различают высокотемпературную (ВТМО) инизкотемпературную термомеханическую обработку (НТМО).Сущность ВТМО заключается в нагреве стали до температуры аустенитного состояния (вышеАc3). При этой температуре осуществляют деформацию стали, что ведет к наклепу аустенита,и сталь с таким состоянием аустенита подвергается закалке. В результате образуетсямелкозернистая структура, повышается вязкость при максимальной прочности. При НТМОсталь нагревают до аустенитного состояния. После выдержки при высокой температурепроизводят охлаждение до температуры несколько выше Мн (400-600 °С), но нижетемпературы рекристаллизации стали, и при этой температуре осуществляют обработкудавлением.Химико-термическая обработка стали. При химико-термической обработке (ХТО) изменениесвойств стали достигается изменением состава поверхностных слоев.
В зависимости от того,каким элементом насыщают поверхностный слой стального изделия, различают: цементацию- насыщение углеродом, азотирование - насыщение азотом, нитроцементацию комбинированное насыщение углеродом и азотом, диффузионную металлизацию насыщение хромом, алюминием и др. Необходимым условием для осуществления ХТОявляется растворимость насыщающего элемента в железе в твердом состоянии, а такженаличие диффундирующего элемента в атомарном состоянии, что достигается обычно вмомент распада химического соединения.При ХТО происходят следующие процессы: 1) диссоциация химических соединений, всостав которых входит насыщающий элемент, в результате этого элемент выделяется в2) адсорбция (поглощение)атомарном состоянии, например,поверхностью металла свободных атомов и растворение их в металле; 3) диффузия проникновение насыщающего элемента вглубь металла.При цементации осуществляется насыщение углеродом поверхностного слоя изделий извязкой малоуглеродистой стали с 0,1-0,25% С.
После закалки цементированное изделиеприобретает высокую поверхностную твердость, износостойкость и выносливость, сохраняяпри этом высокую вязкость сердцевины. Различают два основных вида цементации: втвердой науглероживающей среде (в твердом карбюризаторе - древесном угле с добавкамиуглекислых солей) и в газовой среде (цементирующие газы - углеводороды, содержащиебольшое количество метана СН4.При азотировании осуществляют насыщение поверхностного слоя стали азотом с цельюповышения твердости, износостойкости, предела выносливости и коррозионной стойкостистальных деталей.
Азотирование проводится в герметичных камерах, куда подается аммиак.Цианирование (нитроцементация) - одновременное насыщение поверхностных слоевстальных изделий углеродом и азотом, применяется для повышения поверхностнойтвердости, износостойкости и усталостной прочности стальных деталей. Проводят в жидкихваннах с расплавленными цианистыми солями и в газовой среде - в газовой смеси изцементирующего газа и диссоциированного аммиака.Диффузионное насыщение металлами проводится с целью упрочнения или придания особыхфизико-химических свойств поверхностному слою изделия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
