123565 (756741), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Полный отжиг (рис. 39, кривая 2) при­меняют для доэвтектоидной стали в основном после горячей обработки поковок давлением и отливок с целью измельчения зерна и снятия внутренних напряжений. Это достигается нагре­вом стали на 30 - 50°С выше верхней критиче­ской точки Ас₃ и медленным охлаждением.

При нагреве стали выше температуры Ас₃ пер­лит превращается в аустенит. Это происходит пу­тем образования в начальной стадии мельчайших зародышей кристалликов аустенита и постепен­ного их роста по мере повышения температуры. При небольшом превышении температуры Ас₃ (на 30 - 50°С) образовавшиеся кристаллики аус­тенита остаются еще мелкими. В дальнейшем, при охлаждении ниже температуры Ac₁, образу­ется однородная мелкозернистая структура ферритно-перлитного типа. При этом в пределах од­ного аустенитного зерна возникает несколько перлитных зерен, которые значительно мельче, чем аустенитное зерно, из которого они образова­лись.

Температуру нагрева деталей, изготовленных из углеродистых сталей, определяют по диаграм­ме состояния, а для легированных ста­лей - по положению их критической точки Ас₃, имеющейся в справочных таблицах.

Время выдержки при отжиге складывается из времени, необходимого для полного прогрева де­тали, и времени, нужного для окончания струк­турных превращений.

Неполный отжиг (рис. 39, кривая 4) обеспечивается при нагреве изделий из заэвтектоидной стали выше температуры Ас ₁ на 30 - 50°С, выдержке и последующем медленном охлажде­нии.

При неполном отжиге происходит снятие внутренних напряжений, снижение твердости, повы­шение пластичности, улучшение обрабатывае­мости резанием. Поскольку температура нагрева требуется меньшая, чем при полном отжиге, то на обработку тратится меньше времени и тепло­ты, что обеспечивает экономичность процесса.

Неполному отжигу подвергают высокоуглеро­дистые заэвтектоидные стали и стали инструмен­тальные, шарикоподшипниковые и др.

Изотермический отжиг (рис. 39. кривая 3) от­личается от других видов отжига тем, что распад аустенита на ферритно-цементитную-смесь происходит при постоянной температуре. При других видах отжига такой распад происходит в период охлаждения в условиях непрерывного снижения температуры. После того как уже произошел рас­пад аустенита, скорость охлаждения не имеет существенного значения, и поэтому охлаждение после изотермической выдержки можно прово­дить на воздухе.

Изотермический отжиг заключается в том, что сталь нагревают до температуры на 30 - 50°С вы­ше точки Ас₃ (конструкционные стали) и выше точки Ac₁ на 50 - 100°С (инструментальные ста­ли). После выдержки сталь медленно охлаждают в расплавленной соли до температуры несколько ниже точки Ar₁ (680—700°С). При этой температуре сталь подвергают изотермической выдержке до полного превращения аустенита в перлит, а затем охлаждают на спокойном воздухе. Изотермический отжиг сокращает продолжительность термической обработки неболь­ших по размерам изделий из легированных ста­лей в 2 - 3 раза по сравнению с полным отжи­гом. Для крупных изделий такого выигрыша по времени не получается, так как требуется боль­шое время для выравнивания температуры по объему изделия. Изотермический отжиг является лучшим способом снижения твердости и улучше­ния обрабатываемости резанием сложнолегированных сталей, например 18Х2НЧВА.

Сфероидизирующий отжиг (рис. 39, кривая 5) обеспечивает превращение пластинча­того перлита в зернистый, сфероидизированный. Это улучшает обрабатывамость сталей резанием.

Отжиг на зернистый перлит производят по режи­му: нагрев стали немного выше точки Ac₁ с по­следующим охлаждением сначала до 700°С. за­тем до 550—600°С и далее на воздухе. Сфероидизирующий отжиг применяют для сталей, содер­жащих более 0,65 % углерода, например шарико­подшипниковые стали типа ШХ15.

Рекристаллизационный отжиг (рис. 39, кривая 6) применяют для снятия накле­па, вызванного пластической деформацией ме­талла при холодной прокатке, волочении или штамповке. Наклепом называют упрочне­ние металла, появляющееся в результате холод­ной пластической деформации металла.

При холодной прокатке, штамповке, волоче­нии зерна металла деформируются, дробятся. Это повышает твердость металла, снижает его пластичность и вызывает хрупкость. В этом и заключается сущность наклепа.

Рекристаллизационный отжиг выполняют пу­тем нагрева до температуры ниже Ас ₁ (650 - 700°С), выдержки и последующего замедленного охлаждения. При нагреве металла до 650 - 700°С (рекристаллизационный отжиг) возрастает диффузионная подвижность атомов и в твердом состоянии происходят вторичные кристаллиза­ционные процессы (рекристаллизация). На грани­цах деформированных зерен возникают новые центры кристаллизации, вокруг которых заново строится решетка. Вместо старых деформирован­ных зерен вырастают новые равноосные зерна и деформированная структура полностью исчезает. При этом восстанавливаются первоначальная структура и свойства металла.

Нормализация. Термическую операцию, при которой сталь нагревают до температуры на 30—50°С выше верхних критических точек Ас₃ к А _см, затем выдерживают при этой температуре и охлаждают на спокойном воздухе, называют нормализацией). При нормализации уменьшаются внутренние напряжения, происхо­дит перекристаллизация стали, измельчающая крупнозернистую структуру металла сварных швов, отливок или поковок.

Нормализация стали по сравнению с отжи­гом является более коротким процессом термиче­ской обработки, а следовательно, и более произ­водительным. Поэтому углеродистые и низколе­гированные стали подвергают, как правило, не отжигу, а нормализации.

С повышением содержания углерода в стали увеличивается различие в свойствах между отож­женной и нормализованной сталью. Для сталей, содержащих до 0,2 % углерода, предпочтительнее нормализация. Для сталей, содержащих 0,3 - 0,4 % углерода, при нормализации по сравнению с отжигом существенно увеличивается твердость, что необходимо учитывать. Поэтому нормализа­ция не всегда может заменить отжиг.

Сплавы после нормализации приобретают мелкозернистую структуру и несколько большую прочность и твердость, чем при отжиге. Норма­лизацию применяют для исправления крупнозер­нистой структуры, улучшения обрабатываемости стали резанием, улучшения структуры перед за­калкой. В заэвтектоидной стали нормализация устраняет сетку вторичного цементита.

ЗАКАЛКА И ОТПУСК

Закалка. Это процесс термической обработ­ки, при которой сталь нагревают до оптималь­ной температуры, выдерживают при этой темпе­ратуре и затем быстро охлаждают с целью по­лучения неравновесной структуры. В результате закалки- повышается прочность и твердость и понижается пластичность конструкционных и инструментальных сталей и сплавов. Качество за­калки зависит от температуры и скорости на­грева, времени выдержки и охлаждения. Основ­ными параметрами закалки являются темпера­тура нагрева и скорость охлаждения.

Скорость нагрева и время вы­держки зависят от химического состава ста­ли, размеров, массы и конфигурации закаливае­мых деталей, типа нагревательных печей и на­гревательной среды. Чем больше размеры и сложнее конфигурация закаливаемых деталей, тем медленнее происходит нагрев. Детали из вы­сокоуглеродистых и легированных сталей, име­ющих пониженную теплопроводность, нагревают медленно и с более длительной выдержкой при нагреве по сравнению с деталями из низкоугле­родистых сталей. Это делается для того, чтобы уменьшить деформацию деталей при нагреве.

Скорость нагрева и продолжительность вы­держки определяют экспериментально или по технологическим картам, в которых указывают температуру, время нагрева для каждого вида деталей или инструмента. Ориентировочно вре­мя нагрева в электрических печах принимают 1,5—2 мин на 1 мм сечения изделия.

Оборудованием для нагрева стали служат на­гревательные термические печи и печи-ванны, которые подразделяют на электрические и топ­ливные, обогреваемые за счет сгорания топлива (газа, мазута, угля и др.).

Средой, в которой нагревают сталь, являют­ся в печах - газовая среда (воздух, продукты сгорания топлива), нейтральный газ; в печах - ваннах - минеральные масла, расплавленные соли и металлы.

Закалочные среды (вода, масло) действуют следующим образом. На первом этапе, в момент погружения изделия в закалочную среду, вокруг изделия образуется пленка перегретого пара (паровая рубашка).Через слой паровой рубашки охлаждение изделия происходит относительно медленно. Это этап пленочного кипения. Затем паровая рубашка разрывается и охлаж­дающая жидкость начинает кипеть на поверхности изделия. Это этап пузырчатого кипения. На этом втором этапе охлаждение изделия происходит быстро. Когда температура поверхности изделия станет ниже температуры кипения жидкости, жидкость не кипит и охлаждение изделия замедлится. Это третий этап — этап конвективного теплообмена. Чем шире интервал этапа пузырчатого кипения, тем интенсивнее охлаждает сталь закалочная жидкость.

ДЕФЕКТЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Дефекты при отжиге и нормализации. В про­цессе отжига и нормализации могут возникнуть следующие дефекты: окисление, обезуглерожи­вание, перегрев и пережог металла.

При нагреве в пламенных печах поверхность стальных деталей взаимодействует с печными газами. В результате металл окисляется и на деталях образуется окалина — химическое соединение металла с кислородом. С повышени­ем температуры и увеличением времени выдержки окисление резко возрастает. Образование окалины не только вызывает угар (потерю) металла на окалину, но и повреждает поверхность в деталей. Поверхность стали под окалиной получается разъеденной и неровной, что затрудняет и обработку металла режущим инструментом.

Окалину с поверхности деталей удаляют травлением в растворе серной кислоты в воде, очисткой в дробеструйных установках или галтовкой в барабанах.

Обезуглероживание, т. е. выгорание углерода с поверхности деталей, происходит при окислении стали. Обезуглероживание резко снижает прочностные свойства конструкционной стали. Кроме того, обезуглероживание.поверхно­сти может вызвать образование закалочных тре­щин и коробление (поводку детали).

Для предохранения деталей от окисления, а следовательно, и от обезуглероживания при от­жиге, нормализации и закалке применяют безокислительные (защитные) газы, которые вво­дят в рабочее пространство печи.

При нагреве стали выше определенных тем­ператур и длительных выдержках в ней проис­ходит быстрый рост зерен, ведущий к возникно­вению крупнокристаллической структуры. Это явление называют перегревом. Перегрев ве­дет к понижению пластических свойств стали. В перегретой стали при закалке образуются тре­щины. Перегрев металла может быть исправлен последующей термической обработкой — отжи­гом или нормализацией.

Пережог получается в результате дли­тельного пребывания металла в печи при высо­кой температуре, близкой к температуре плав­ления. Физическая сущность пережога состоит в том, что кислород из окружающей атмосферы при высокой температуре проникает в глубь на­греваемого металла и окисляет границы зерен. В результате окисления границ зерен механиче­ская связь между зернами ослабевает, металл теряет пластичность и становится хрупким. Пе­режог является неисправимым браком.

Дефекты при закалке. В процессе нагрева под закалку и при закалке могут появляться следующие дефекты: трещины, деформация и коробление, обезуглероживание, мягкие пятна и низкая твердость.

Закалочные трещины - это неиспра­вимый брак, образующийся в процессе термиче­ской обработки. Они являются следствием воз­никновения больших внутренних напряжений. В штампах крупных размеров закалочные трещи­ны могут появляться даже при закалке в масле. Поэтому штампы целесообразно охлаждать до 150 - 200°С с быстрым последующим отпуском.

Трещины возникают при неправильном на­греве (перегреве) и большой скорости охлаж­дения в деталях, конструкция которых имеет резкие переходы поверхностей, грубые риски, оставшиеся после механической обработки, ост­рые углы, тонкие стенки и т д.

Закалочные трещины, обычно расположен­ные в углах деталей или инструмента, имеют дугообразный или извилистый вид.

Деформация и коробление деталей происходят в результате неравномерных структурных и связанных с ними объемных пре­вращений, обусловливающих возникновение внутренних напряжений в металле при нагреве и охлаждении.

При закалке стали коробление деталей мо­жет происходить и без. значительных объемных изменений в результате неравномерного нагрева и охлаждения. Если, например, деталь неболь­шого сечения и большой длины нагревать толь­ко с одной стороны, то она изгибается. При этом нагреваемая сторона детали удлиняется и ста­новится выпуклой, а ее противоположная сторо­на — вогнутой. Нагревать и охлаждать детали при закалке следует равномерно.

При погружении деталей и инструмента в закалочную среду надо учитывать их форму и размеры. Детали, имеющие толстые и тонкие части, погружают в закалочную среду сначала толстой частью, длинные детали (штоки, про­тяжки, сверла, метчики и т. д.) опускают в стро­го вертикальном положении, а тонкие плоские (диски, отрезные фрезы, пластинки и др.) — ребром.

Окисление и обезуглероживание происходит в основном при нагреве под закалку от взаимодействия печных газов или расплав­ленных солей с поверхностными слоями детали. Этот дефект особенно опасен на режущем инст­рументе, так как он в несколько раз снижает его стойкость.

Окисление и обезуглероживание поверхности .изделия-предупреждается строгим соблюдением установленного режима термической обработки, а также нагревом в среде нейтральных газов (азоте, аргоне).

Характеристики

Список файлов доклада