строение (557054), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Для предотвращения коробления в некоторых случаях изделия охлаждают в специальных закалочных прессах или других зажимающих приспособлениях, имеющих систему охлаждения маслом (зубчатые колеса, плоские диски, длинные и тонкие изделия), Для уменьшения внутренних напряжений при закалке, из-за которых могут возникать закалочные трещины, рекомендуется медленное охлаждение изделий вблизи температур мартенситного превращения (кривые 5 и б на рис. 54).
При закалке в двух средах (кривая 5, рис. 54) изделия сначала охлаждают в воде, а затем в масле. Это позволяет миновать температурный интервал минимальной устойчивости аустенита и снизить напряжения благодаря более медленному охлаждению в масле. При ступенчатой закалке (кривая б, рис. 54) изделия охлаждают в расплавленных соляных ваннах при температуре немного превышающей М„ а заканчивают охлаждение на воздухе. Г1ри изотермической закалке (кривая 7, рис. 54) изделия также охлаждают в расплавленных солях при температуре образования бейнита. По завершении превращения аустенита в бейнит охлаждение завершают на воздухе.
Изотермическая закалка с получением структуры бейнита дает малые коробления и обеспечивает лучший комплекс механических свойств для некоторых марок сталей по сравнению с закалкой на мартенсит с последующим высоким отпуском. Так как сердцевина охлаждается всегда медленнее поверхности, то при объемной закалке изделий с достаточно большой толщиной сердцевина изделия может не закалиться из-за скорости охлаждения меньше критической. При диаметре прутка )12 мм сердцевина нелегированной стали охлаждается со скоростью меньше критической и в ней вместо мартенсита получаются структура мартенситно-трооститной смеси.
За прокаливаемость стали принимают расстояние от поверхности изделия до мартенситнотрооститной зоны, образующейся при закалке стали в определенном охладителе. В рассмотренном выше случае прокаливаемость стали составляет 6 мм. Такой прокаливаемости соответствует критический диаметр закалки 12 мм, т. е, такой максимальный диаметр прутка стали, который прокаливается в определенном охладителе насквозь с образованием в центре сердцевины структуры мартенситно-трооститной смеси. Поскольку почти все легирующие элементы смещают С-образные кривые на диаграмме изотермического превращения переохлажденного аустенита вправо, то это приводит к снижению критической скорости закалки и к повышению прокаливаемости.
В сильно легированных сталях прокаливаемость при охлаждении в масле достигает 60 мм, что соответствует критическому диаметру закалки 120 мм. Если требуется небольшая глубина закалки, то применяют специальные стали с пониженной прокаливаемостью (например, 55ПП) или используют методы поверхностной закалки стали. При поверхностной закалке повышается твердость, прочность и износостойкость только поверхностного слоя изделия, а также возрастает предел выносливости стали. Для закалки поверхностного слоя используют такие методы нагрева, которые прогревают стальное изделие на небольшую глубину.
При этом поверхностный слой нагревается на температуру выше А, или А„а сердцевина — намного ниже критических температур или совсем не прогревается. Ири охлаждении поверхностного слоя со скоростью больше окр он закаливается. Сердцевина же иэделия при этом остается незакаленной. Поверхностную закалку осуществляют несколькими методами: нагревом токами высокой частоты (ТВЧ); нагревом газовым пламенем; электроконтактным нагревом; нагревом в электролите; нагревом источниками высококонцентрированной энергии — электронными или лазерными лучами. Закалка ТВЧ впервые предложена В. П. Вологдиным.
При закалке по этому методу стальное изделие размещают внутри инд к- У тора в форме спирали или петли. Ток высокой частоты подводится от генератора к индуктору. Во время прохождения тока через индуктор в поверхностных слоях изделия за счет индукции возникает ток противоположного направления, нагревающий сталь. В связи с тем, что скорость нагрева ТВЧ значительно выше скорости нагрева в печи, фазовые превращения в стали происходят при более высоких температурах и температуры нагрева под закалку повышаются. Например, при нагреве ТВЧ со скоростью 400 'С/с температура закалки стали 40 с 840...
860 С повышается до 930... 980 С. После прогрева ТВЧ стали до температуры закалки изделие охлаждают водой. При закалке ТВЧ получается высокодисперсная структура кристаллов мартенсита, обеспечивающая более высокую твердость и прочность стали, чем при печном нагреве. При закалке с нагревом пламенем газокислородной горелки, имеющей температуру 2000... 3000 'С, получается очень быстрый нагрев некоторого участка поверхности до температуры закалки на глубину 2... 4 мм, после чего из специального охладителя на этот участок направляется струя воды. Перемещая горелку относительно поверхности и одновременно вслед за горелкой охлади- тель, можно закалить большую поверхность крупногабаритных изделий.
При поверхностной закалке в электролите изделия погружают в ванну с электролитом (раствор солей или щелочей в воде), через который пропускают постоянный ток. Вокруг изделия, которое является катодом, образуется газовая рубашка, быстро нагревающая поверхность изделия до температуры закалки.
После выключения тока изделия охлаждаются и закаливаются в том же электролите (метод И. 3. Ясногородского). При использовании электронного луча или газового лазера непрерывного действия энергия высокой концентрации выделяется в тонком поверхностном слое (( 1 мм). Слой нагревается до температуры закалки за доли секунды, а охлаждается вследствие отвода тепла в остальной холодной массе изделия. Дисперсная закаленная структура, образующаяся при лазерной закалке, предопределяет повышенную прочность, износостойкость и усталостную прочность стали. При этом детали окисляются меньше, чем при закалке ТВЧ, отсутствует коробление и открывается возможность закалки труднодоступных участков поверхности изделий.
С увеличением содержания углерода и легирующих элементов (за исключением кобальта и алюминия) наблюдается понижение 86 точек начала и конца мартенситного превращения (М„и М„). Если в нелегированной стали содержание углерода ) 0,5 %, то точка М„оказывается ниже комнатной температуры и в процессе закалки стали при охлаждении ее до 20... 25'С мартенситное превращение идет не до конца. В этом случае в структуре стали, кроме мартенсита, присутствует непревращенный остаточный аустенит. Продолжить мартенситное превращение с устранением остаточного аустенита можно обработкой холодом, предложенной А.
П. Гуляевым, когда после закалки сталь охлаждают ниже комнатной температуры. Для многих легированных сталей температура — 70 'С достаточна для окончания мартенситного превращения. Такую температуру можно получить, например, в теплоизолированном ящике, наполненном сухим льдом. Обработка холодом повышает твердость н износостойкость инструментов и цементованных деталей из легированных сталей после закалки и проводится для стабилизации размеров деталей повышенной точности, изготовленных из легированных конструкционных сталей, которые в процессе эксплуатации испытывают воздействие низких температур. Если деталь работает в условиях отрицательных температур, это может привести к превращению остаточного аустенита в мартенсит, в результате чего объем и размеры детали увеличатся, Стабилизирующую обработку холодом проводят сразу после закалки перед отпуском при температурах от — 30 до — 80 'С.
Старевве Это процесс термообработки, при котором свойства сплавов при заданном режиме процесса вследствие распада пересьпценного твердого раствора, получаемого закалкой, изменяются в направлении повышении прочности. Помимо увеличения прочности сплавов, в некоторых случаях старением добиваются повышения некоторых физических свойств, например коэрцитивной силы в железных сплавах. Старение алюминиевых, никелевых, медных и некоторых других сплавов происходит после закалки без полиморфпого превращения. Большое распространение получил технологический процесс старения сплавов типа дуралюминов, основанных на системе А! — Сц — МИ.
Для анализа процесса старения используют более простую систему А! — Сп (см. рис. 55). Старение подразделяют на естественное и искусственное. Естественное старение идет самопроизвольно прн комнатной температуре. Искусственное старение проводят с нагревом до температуры, находящейся ниже линии ограниченной растворимости легирующих элементов (см.
рис. 55). Процесс распада пересьпценного твердого раствора при старении протекает благодаря диффузионному перемещению атомов ат в твердом растворе. Причем он направлен в сторону образования равновесной структуры, зафиксированной на диаграмме состояния. Например, для сплава системы А! — Си (см. рис. 55) с 4% Си равновесие при комнатной температуре соответствует структуре а-твердого раствора с выделившимися частицами 0-фазы. Рнс. Су. Иемемснне пронностн сплавов снстемы А( — сн прн Образование равновесной структуры возможно при искусственном старении, когда процесс распада пересыщенного а-твердого раствора идет в несколько стадий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
