Рубрика «ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ»

ОТЖИГ И НОРМАЛИЗАЦИЯ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Нагрев стали при термической обработке в большинстве случаев имеет целью перевод ее структуры в аустенит. Для получения однородного аустенита необходимо нагреть сталь на 30—50° С выше критических точек (Лсх или Ас3, рис. 17) и выдержать при этой температуре нужное время. Для легированных сталей для получения однородного аустенита требуется более высокая температура нагрева и большая выдержка при нагреве под закалку. Отжиг. Отжиг бывает полный, неполный, гомогенизирующий и низкий. Отжиг стальных изделий или заготовок применяют для снятия внутренних напряжений, устранения структурной неоднородности, улучшения Рис. 17. Схема изменения обрабатываемости резанием структуры стали при нагреве и подготовки к последующей термической обработке. Полному отжигу подвергают обычно доэвтектоидные стали, нагреваяих выше линии 05 на 20—30°С(рис. 18), выдерживая при этой температуре в течение 1/4 продолжительности нагрева и медленно охлаждая вместе с печью до 600—400° С. Углеродистые стали охлаждают со скоростью 100—150° С в час, легированные — со скоростью 30—50° С в час. Отжиг сопровождается фазовой перекристаллизацией, в результате чего крупнозернистая сталь получает мелкозернистую структуру, освобождается от внутренних напряжений, становится мягкой и вязкой. Неполный отжиг является разновидностью отжига неполной перекристаллизации. При неполном отжиге сталь нагревается до температуры, на 30—40° С превышающей нижнюю критическую точку Асг (рис. 18), т. е. до температуры порядка 750—760° С. Для инстру-• ментальных сталей, особенно заэвтектоидных, неполный отжиг является единственным видом отжига. Он способствует снятию внутренних напряжений и улучшению обрабатываемости резанием. Гомогенизация (диффузионный отжиг) применяется для слитков и крупных отливок с целью выравнивания (путем диффузии) химического состава стали, имеющей внутрикристаллическую ликвацию. Сталь нагревают до 1000—1100° С, выдерживают при этой температуре 10—15 ч и затем медленно охлаждают до 600 — 550° С. Диффузионный отжиг приводит к росту зерна стали; этот дефект устраняется повторным отжигом на мелкое зерно (полный отжиг). Сталь, прошедшая гомогенизацию, обладает более высокими механическими свойствами; особенно повышается ударная вязкость. Низкий отжиг выполняют в тех случаях, когда полученная в результате литья или другой обработки структура стали удовлетворительна и нет необходимости ее изменять, нужно только снять возникшие внутренние напряжения. В этом случае сталь нагревают до температуры несколько ниже точки Асх (рис. 18), выдерживают при ней и охлаждают, как правило, на воздухе. Низкий отжиг часто называют сфероидизацией потому, что при этой температуре цементитные пластинки перлита разбиваются на отдельные участки, каждый из которых принимает округленную, сферообразную форму, получается структура зернистого перлита. Эта структура придает стали большую пластичность в условиях статических и, главное, динамических нагрузок. Нормализация стали. Нормализацией называют нагрев стали выше линии ОЗЕ на 30—50° С (рис. 18), с выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе. Нормализацию применяют для устранения внутренних напряжений и наклепа, повышения механических свойств стали. Само слово «нормализация» указывает на то, что сталь после этой операции получает нормальную, однородную, мелкозернистую структуру; перлит приобретает тонкое строение. Нормализации подвергают отливки и поковки. В настоящее время нормализация распространена в машиностроении больше, чем отжиг, так как она является более производительной операцией и дает лучшие результаты.

Теги: , , ,

ЗАКАЛКА СТАЛИ

Закалка стали основана на фазовых превращениях при нагреве и охлаждении. Она включает нагрев стали до температур, превышающих температуры фазовых превращений, выдержку при этих температурах и последующее быстрое охлаждение. Превращения в стали при охлаждении (превращение аустенита). Аустенит устойчив только при температурах выше линии 65Е (рис. 18). При охлаждении стали ниже линии 05 и ЕЗ аустенит становится неустойчивым: начинается его распад. Если сталь, нагретую до состояния аустенита, охлаждать с большой скоростью, происходит переохлаждение аустенита и образование новой мелкозернистой феррито-цементитной смеси, причем, чем больше скорость охлаждения, тем все мельче и мельче становится феррито-цементитная смесь. Образующиеся более мелкие по сравнению с перлитом структуры имеют свое особое название. При охлаждении, например, стали на воздухе, аустенит превращается в сорбит, при охлаждении в масле — в троостит (названия даны по именам ученых Сорби и Трооста). Образование сорбита начинается при температуре 600° С и заканчивается при температуре 500° С. Троостит образуется при еще более низких температурах — 500—200° С. По своему строению перлит, сорбит и троостит очень сходны. Все они являются механическими смесями феррита и цементита, разница заключается лишь в размерах пластинок феррита и цементита. При охлаждении в воде аустенит сохраняется в углеродистой стали до температуры примерно 200° С и затем мгновенно превращается в структуру, которую называют мартенситом (название дано в честь ученого Мартенса). В сталях с большим содержанием углерода аустенит не полностью превращается в мартенсит. Сохранившуюся часть аустенита называют остаточным аустенитом. Мартенсит отличен от сорбита и троостита и по своей структуре, и по свойствам. Он представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в а-же-лезе. Мартенсит при рассмотрении под микроскопом имеет характерную игольчатую структуру. Мартенсит — самая твердая и хрупкая структура стали. Его твердость НВ 600—700 (НКС 62 —66), а пластические свойства при растяжении (б и тр) и ударная вязкость ан близки к нулю. Мартенсит магнитен и обладает наибольшей способностью сохранять в себе остаточный магнетизм, поэтому магниты при изготовлении закаливают на мартенсит. В легированных сталях рассмотренные структуры могут получаться и при иных скоростях охлаждения. В структуре некоторых легированных сталей даже при охлаждении на воздухе получается мартенсит. В связи с этим, изучая термическую обработку, следует ознакомиться с термином «критическая скорость закалки», который означает наименьшую скорость охлаждения, при которой в структуре стали получается чистый мартенсит. Таким образом, чем меньше критическая скорость закалки, тем с меньшей скоростью нужно охлаждать сталь, чтобы получить структуру мартенсита. Закалкой называют процесс нагрева стали на 30— 50° С выше критических точек Ас3 доэвтектоидной стали (рис. 19) и Асх заэвтектоидной стали, выдержки при данной температуре и последующего быстрого охлаждения. В результате закалки сталь приобретает структуру мартенсита » и благодаря этому делается очень твердой. Быстрое охлаждение при закалке достигается путем применения специальных закалочных сред (воды, масла, водных растворов солей и др.). Для закалки простых углеродистых сталей можно рекомендовать воду с температурой 18° С, а для закалки большинства легированных сталей — масло. В зависимости от скорости охлаждения при закалке можно получить кроме мартенсита структуры: сорбит и троостит. Скорость, обеспечивающую получение мартенситной структуры, называют критической скоростью закалки.

Теги: , , , ,

Коробление и трещины

Коробление и трещины — следствие внутренних напряжений. Во время нагрева и охлаждения стали наблюдаются объемные изменения, зависящие от температуры и структурных превращений (переход аустенита в мартенсит сопровождается увеличением объема на 3%). Разновременность структурных превращений по объему закаливаемой детали вследствие различия ее размеров и скоростей охлаждения по сечению ведет к развитию сильных внутренних напряжений, которые служат причиной трещин и коробления деталей в процессе закалки. Трещины являются неисправимым браком, коробление же можно устранить последующей рихтовкой или правкой.

ОТПУСК И ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

Отпуском называется заключительная операция термической обработки, состоящая в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической Асъ выдержке при этой температуре и последующем медленном или быстром охлаждении. Цель отпуска—устранение или уменьшение напряжений в стали, повышение вязкости и понижение твердости. Правильное выполнение отпуска в значительной степени определяет качество готовой закаленной детали. Температура отпуска варьируется в очень широких пределах —от 150 до 700° С, в зависимости от его цели. Различают низкий, средний и высокий отпуск. Низкий отпуск характеризуется нагревом в интервале 150—250° С, выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе, выполняется для снятия внутренних напряжений в закаленной стали с целью повышения вязкости без заметного снижения твердости. Средний отпуск производится при температурах 300 —500° С. Твердость сталей заметно понижается, вязкость увеличивается. Этот отпуск применяют для пружин, рессор, а также инструмента, который должен иметь значительную прочность и упругость при средней твердости. В процессе высокого отпуска (при температуре 500—650° С) мартенсит распадается с образованием троостита, а затем и сорбита (рис. 19). Эти структуры обеспечивают лучшее сочетание прочности и пластичности стали. Применяется этот вид отпуска для деталей из конструкционных сталей, подвергающихся действию высоких напряжений, особенно при ударных нагрузках. Термомеханическая обработка является одним из основных направлений современной технологии машиностроения. Она совмещает механическую деформацию металла в горячем состоянии и термическую обработку. Основная особенность совмещенного процесса состоит в том, что заготовки сразу после окончания горячей обработки давлением (ковки, прокатки) закаливают. Для закалки не производят специального нагрева заготовок, а используют остаточное тепло после горячего деформирования. Необходимо, чтобы температура конца горячей обработки давлением была на 20—30° С выше линии Ас3 (см. рис. 18) для получения мелкого зерна аустенита. Этот способ термической обработки применяют, в первую очередь, в тех случаях, когда заготовки после закалки подвергают высокому отпуску. Преимущества совмещенного процесса обработки заключаются в следующем: экономится топливо для нагрева под закалку и уменьшается потребность в нагревательных печах, сокращается время изготовления деталей и существенно повышаются механические свойства стали. Термомеханическая обработка является прогрессивным процессом, который может коренным образом изменить технологию производства некоторых изделий, например, объединить изготовление рессорных полос и штанг, изготовление стандартных деталей.

Теги: , , ,