Фосфор в количестве до 0,3 % растворяется в феррите. При большей концентрации он образует с железом и углеродом тройную «фосфидную» эвтектику. Она имеет низкую температуру плавления (950 оС), что увеличивает жидкотекучесть чугуна, но дает высокую твердость и хрупкость.
Таким образом, степень графитизации в чугуне возрастает с увеличением содержания углерода и кремния.
Кроме химического состава, структура чугуна и его свойства зависят от технологических факторов, главным из которых является скорость охлаждения. С уменьшением скорости охлаждения увеличивается количество графита, с увеличением – количество химически связанного углерода.
Ухудшая механические свойства, графит в то же время придает чугуну ряд ценных свойств. Он измельчает стружку при обработке резанием, оказывает смазывающее действие и, следовательно, повышает износостойкость чугуна, придает ему демпфирующую способность. Кроме того, пластинчатый графит обеспечивает малую чувствительность чугуна к дефектам поверхности. Благодаря этому сопротивление усталости деталей из чугуна соизмеримо со стальными деталями.
В чугунах с высоким содержанием кремния при медленном охлаждении отливки первичная кристаллизация происходит в соответствии со стабильной диаграммой Fe – C (рис. 7.1); в этом случае графит появляется непосредственно из жидкой фазы. С увеличением скорости охлаждения создаются условия для первичной кристаллизации в соответствии с метастабильной диаграммой Fe – Fe3C (рис. 7.1); из жидкой фазы выделяется цементит, а графит образуется вследствие его распада при дальнейшем охлаждении.
Чем крупнее и прямолинейнее форма графитовых включений, тем ниже сопротивление серого чугуна разрыву. И, наоборот, чем мельче и разобщеннее графитовые включения, тем меньше их отрицательное влияние.
По структуре металлической основы серые чугуны разделяют на три вида.
1. Серый перлитный со структурой (рис.7.5а) перлит + графит (рис. 7.6, область III). В этом чугуне количество связанного углерода составляет » 0,8 %.
2. Серый ферритно-перлитный со структурой (рис.7.5б) феррит + перлит + графит (рис.7.6, область IIIа). Количество связанного углерода в нем менее 0,8 % .
3. Серый ферритный со структурой (рис.7.5в) феррит + графит (рис.7.6, область IIIб). В это чугуне весь углерод находится в виде графита.
4.
Рис. 4.5. Микроструктуры серых чугунов: а – перлитного; б – ферритно-перлитного; в – ферритного
Рис. 4.6. Структурная диаграмма чугунов в зависимости от содержания кремния и углерода (а) и толщины стенки отливки (б): I – белый чугун; II – половинчатый чугун; III, IIIа, IIIб – серый перлитный, ферритно-перлитный и ферритный чугун соответственно
Механические свойства серого чугуна зависят от свойств металлической основы и, главным образом, количества, формы и размеров графитных включений. Прочность, твердость и износостойкость чугунов растут с увеличением количества перлита в металлической основе, которая по строению аналогична сталям. Решающее значение графита обусловлено тем, что его пластинки, прочность которых ничтожно мала, действуют как надрезы или трещины, пронизывающие металлическую основу и ослабляющие ее.
Номенклатура отливок из серого чугуна и их масса разнообразны: от деталей в несколько граммов (например, поршневые кольца двигателей) до отливок в 100 т и более (станины станков). Выбор марки чугунов для конкретных условий работы определяется совокупностью технологических и механических свойств (таблица 7.1).
Таблица 4.1
Механические свойства некоторых марок серых чугунов (ГОСТ 1412-85)
Чугун | sв, МПа | d, % | НВ | Структура металлической основы |
СЧ 15 СЧ 25 СЧ 40 СЧ 45 | 150 250 400 450 | - - - - | Феррит Феррит + перлит Перлит Перлит |
Марка серого чугуна состоит из букв СЧ (серый чугун) и цифры, показывающей значение временного сопротивления при растяжении в кгс/см2
Высокопрочными чугунами называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, который вводят в жидкий чугун в количестве 0,02-0,08 %. Ввиду того, что модифицирование чугунов чистым магнием сопровождается сильным пироэффектом, чистый магний заменяют лигатурами (например, сплавом магния и никеля).
По структуре высокопрочный чугун может быть ферритным, ферритно-перлитным или перлитным (рис.4.7).
Рис. 4.7. Микроструктура высокопрочного чугуна, (х 300): а – ферритный; б - ферритно-перлитный; в – перлитный
Шаровидный графит – менее сильный концентратор напряжений, чем пластинчатый графит, и поэтому меньше снижает механические свойства основы. Чугуны с шаровидным графитом обладают более высокой прочностью и некоторой пластичностью. Маркируют высокопрочные чугуны по пределу прочности и относительному удлинению (таблица 7.2).
Таблица 4.2
Механические свойства некоторых высокопрочных чугунов
(ГОСТ 7293-85)
Чугун | sв, МПа | d, % | НВ | Структура металлической основы |
ВЧ 38-17 ВЧ 42-12 ВЧ 50-7 ВЧ 60-2 ВЧ 80-2 ВЧ 120-2 | 380 420 500 600 800 1200 | 17 12 7 2 2 2 | Феррит с небольшим количеством перлита Перлит с небольшим количеством феррита |
Высокопрочные чугуны применяют в различных отраслях техники, эффективно заменяя сталь во многих изделиях и конструкциях. Из них изготовляют оборудование прокатных станов (прокатные валки массой 12 т), кузнечно-прессовое оборудование (траверса пресса, шабот ковочного молота), в турбостроении – корпус паровой турбины, лопатки направляющего аппарата, в дизеле-, тракторо - и автомобилестроении – коленчатые валы, поршни и многие другие ответственные детали, работающие при высоких циклических нагрузках и условиях изнашивания.
В некоторых случаях для улучшения механических свойств применяют термическую обработку отливок; для повышения прочности – закалку и отпуск при 500-600 оС; для увеличения пластичности – отжиг, способствующий сфероидизации перлита.
Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают отжигом белых доэвтектических чугунов. По этой причине графит ковких чугунов называют углеродом отжига. Такой графит, в отличие от пластинчатого, меньше снижает механические свойства металлической основы, вследствие чего ковкий чугун по сравнению с серым обладает более высокой прочностью и пластичностью.
Отливки из белого чугуна, подвергаемые отжигу на ковкий чугун, изготовляют тонкостенными. Они не должны иметь сечение более 50 мм, иначе в сердцевине при кристаллизации выделяется пластинчатый графит, чугун становится непригодным для отжига.
По структуре металлической основы, которая определяется режимом отжига, ковкие чугуны бывают ферритными и перлитными (рис. 7.8).
Рис. 4.8. Микроструктура ковких чугунов, (х 300): а – ферритный; б – ферритно – перлитный; в - перлитный
Отжиг на ферритные чугуны проводят по режиму 1 (рис. 7.9), обеспечивающему графитизацию всех видов цементита белого чугуна. Перлитный ковкий чугун получают отжигом, который проводят в окислительной среде по режиму 2 (рис. 7.9).
Рис. 4.9. Схема отжига белого чугуна на ковкий: 1 – на ферритный;
2 – на перлитный
Графитизация цементита перлита практически не происходит, чугун приобретает структуру, состоящую из перлита и углерода отжига. Отсутствие литейных напряжений, которые полностью снимаются во время отжига, компактная форма и изолированность графитных включений обусловливают высокие механические свойства ковких чугунов. Принцип их маркировки тот же, что и высокопрочных чугунов : КЧ sв - d (таблица 7.3).
Таблица 4.3
Механические свойства некоторых марок ковких чугунов (ГОСТ 1215-79)
Чугун | sв, МПа | d, % | НВ | Структура металлической основы |
КЧ 30-6 КЧ 35-10 КЧ 37-12 КЧ 45-7 КЧ 60-3 КЧ 80-1,5 | 300 350 370 450 600 800 | 6 10 12 7 3 1,5 | Феррит + (10-3 %) перлита Перлит + (20-0 %) феррита |
Из таблицы видно, что ферритные чугуны имеют более высокую пластичность, а перлитные – более высокую прочность и твердость.
Ковкие чугуны нашли широкое применение в сельскохозяйственном, автомобильном и текстильном машиностроении, в судо-, котло-, вагоно - и дизелестроении. Из них изготовляют детали высокой прочности, работающие в тяжелых условиях износа, способные воспринимать ударные и знакопеременные нагрузки. Большая плотность отливок ковкого чугуна позволяет изготовлять детали водо - и газопроводных установок; хорошие литейные свойства исходного белого чугуна – отливки сложной формы.
Недостаток ковких чугунов – повышенная стоимость из-за продолжительного дорогостоящего отжига.
5. ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
5.1. Основные составляющие технологического процесса термической обработки
При разработке технологии термической обработки необходимо установить:
- режим нагрева детали или заготовки, в который входят температура нагрева, допустимые скорость и время нагрева;
- характер среды, где должен идти нагрев;
- условия охлаждения (выбор охлаждающей среды);
- производительность труда при термообработке;
- экономичность выбранного процесса.
Режим термообработки назначают до критическим точкам (Ас1, Ас3, Асm) диаграммы Fe-Fe3С (рис.4.1) и С - образной диаграммы превращения аустенита (рис.4.6).
Условия нагрева определяются видом нагревательного устройства, к которым относятся нагревательные печи (топливные или электрические), соляные ванны или ванны с расплавленным металлом, установки индукционного нагрева токами промышленной частоты или токами высокой частоты.
5.2. Классификация видов термической обработки
Схема классификации основных видов термической обработки показана на рис. 5.1.
Рис. 5.1. Классификация основных видов термической обработки
Вид термической обработки определяется не характером изменения температуры во времени, а типом фазовых и структурных изменений в металле.
Собственная термообработка заключается только в термическом воздействии на металл или сплав.
Химико-термическая обработка заключается в сочетании термического и химического воздействия на поверхность.
Термомеханическая обработка заключается в сочетании термического воздействия и пластической деформации.
Отжиг I рода частично или полностью устраняет отклонения от равновесного состояния, возникающие при предыдущей обработке (литье, ковке, штамповке и т. д.), причем при его проведении не происходит фазовых превращений.
К отжигу I рода (рис. 9.1) относятся:
- гомогенизационный (диффузионный);
- рекристаллизационный и дорекристализационный;
- уменьшающий напряжения.
Цель гомогенизационного отжига - устранение ликвации (выравнивание химического состава) в отливках, в слитках, в легированной стали.
Режим гомогенизационного отжига: нагрев до оС, выдержка 8-10 часов, охлаждение с печью до 200-250 оС. Продолжительность процесса около 80-100 часов (рис. 9.2).
Цель рекристаллизационного отжига – устранение наклёпа холоднокатанной стали, содержащей 0,1 – 0,2 % С.
Режим рекристаллизационного отжига: нагрев до 600-700 оС (Трекр = 0,4 Тпл по абсолютной шкале), выдержка, которая зависит от геометрии изделий (для тонких листов 25-30 мин.) и охлаждение с печью.
Рис. 5.2. Левый угол диаграммы Fe – Fe3 С и температурные области при термической обработке сталей
Цель отжига для снятия напряжений - снятие напряжений в деталях из углеродистой стали.
Режим отжига для снятия напряжений: нагрев до 400 – 600 оС, выдержка 2,5 мин на 1 мм толщины детали, охлаждение с печью.
Отжиг II рода основан на использовании диффузионных (нормальных) фазовых (полиморфных) превращений при охлаждении. Целесообразность отжига II рода определяется тем, насколько сильно структурные изменения влияют на свойства металла или сплава.
Различают следующие разновидности отжига второго рода: полный, неполный, изотермический, нормализационный (нормализация).
Полный отжиг используется для доэвтектоидных сталей (рис. 9.2). Режим такого отжига - нагрев до А3 + (20-30 оС), выдержка, медленное охлаждение со скоростью 100-200 оС в час до 500 оС вместе с печью, далее охлаждение на воздухе. При нагреве структура (Ф + П) превращается в мелкую структуру аустенита, при последующем охлаждении получим мелкую феррито-перлитную структуру.
Заэвтектоидные стали полному отжигу не подвергают, так как получается цементитная сетка по границам зерен перлита. Для заэвтектоидных сталей применяют неполный отжиг: нагрев до температуры между линиями А1 и Асm (рис.5.2), выдержка, медленное охлаждение (с печью). При нагреве немного выше А1 и последующем медленном охлаждении, когда еще мало зерно аустенита, концентрация которого неоднородна и в его составе содержится еще большое количество нерастворившихся карбидов, образуется зернистый перлит. Неполный отжиг для заэвтектоидных сталей называют сфероидизирующим.
Одного нагрева выше А1 и медленного охлаждения иногда бывает недостаточно для полной сфероидизации; эту операцию следует повторять несколько раз, т. е. сталь при отжиге нагревают до 730-740 оС, затем медленно охлаждают до 680 оС, затем снова нагревают до 730-740 оС и т. д. Такой отжиг называется циклическим или маятниковым, и он обеспечивает хорошую сфероидизацию цементита.
Цель такого отжига - получать структуру зернистого перлита и цементита в инструментальных сталях для улучшения обрабатываемости на металлорежущих станках. Стали с зернистым перлитом имеют твердость 160-180 НВ. Пластинчатый перлит имеет твердость 180-250 НВ.
Изотермический отжиг - нагрев стали до А3 + (20-30 оС), выдержка, быстрое охлаждение ниже А1(до 700-680 оС), при которой сталь выдерживается определенное время для полного изотермического превращения аустенита и образования феррито-перлитной структуры.
Преимущества изотермического отжига перед полным отжигом – это сокращение времени отжига и получение более однородной структуры.
Нормализационный отжиг (нормализация) (рис. 5.2) – это такой вид термической обработки, при которой сталь нагревается выше точки А3 на 30-50 оС для доэвтектоидных сталей и выше точки Асm для заэвтектоидных сталей с последующим охлаждением на спокойном воздухе.
В результате получают:
- более тонкое строение эвтектоида (тонкий перлит или сорбит);
- меньшие внутренние напряжения;
- выше твердость и прочность, чем после отжига;
- заэвтектоидные стали без грубой сетки вторичного цементита.
Главное при нормализации - экономия времени и энергии по сравнению с отжигом.
Нормализацию используют как промежуточную технологическую операцию вместо отжига или как окончательную при изготовлении сортового проката (рельсов, уголков, швеллеров и т. д.).
Для всех видов отжига применяют камерные толкательные печи, а также специальные агрегаты.
Закалка - термическая обработка с нагревом стали до температур, превышающих температуры фазовых превращений с выдержкой и последующим охлаждением металла или сплава со скоростью, превышающей критическую, с целью получения неравновесной структуры (мартенсита), либо пересыщенного раствора.
Результат закалки - повышение твердости и прочности.
Температура нагрева под закалку для доэвтектоидных сталей: А3 + (30-50 оС). Если нагрев проводится в интервале температур А1 – А3, то происходит неполная закалка. В этом случае оставшийся в структуре остаточный феррит ухудшает свойства доэвтектоидной стали.
Заэвтектоидные стали нагревают до температуры А1 + (40-60 оС ) и после охлаждения получают мартенсит с включениями вторичного цементита. Такая структура обеспечивает высокую твердость и износостойкость режущего инструмента.
Если температура нагрева заэвтектоидной стали выше Асm (рис. 9.2) то после закалки получают дефектную структуру грубоигольчатого мартенсита.
Время нагрева при закалке зависит от типа нагревательных устройств, размеров детали, химического состава (теплопроводности) стали, способа загрузки деталей в нагревательное устройство.
Скорость охлаждения при закалке устанавливают в зависимости от того, какую структуру в детали необходимо получить. Скорость охлаждения зависит от охлаждающей среды, формы изделия, теплопроводности стали.
В качестве охлаждающих сред применяют воду (при разных температурах от 18-50 °С), 10 %-ный раствор NaOH в воде, 10 %-ный раствор NaCl в воде, минеральное масло, спокойный воздух.
5.3. Способы закалки
В зависимости от состава стали, формы и размеров детали и требуемых в термически обработанной детали свойств выбирают оптимальный способ закалки, наиболее просто осуществимый и одновременно обеспечивающий нужные свойства.
Чем сложнее форма термически обрабатываемой детали, тем тщательнее следует выбирать условия охлаждения, потому что чем сложнее деталь, тем больше различие в сечениях детали, тем бớльшие внутренние напряжения возникают в ней при охлаждении.
Чем больше углерода содержит сталь, тем больше объёмные изменения при превращении, тем при более низкой температуре происходит превращение аустенита в мартенсит, тем больше опасность возникновения деформаций, трещин, напряжений и других закалочных пороков, тем тщательнее следует выбирать условия закалочного охлаждения для такой стали.
К основным способам закалки относятся:
1. Закалка в одном охладителе (рис. 9.3, кривая 1) – наиболее простой способ. Нагретую до определенных температур деталь погружают в закалочную жидкость, где она остается до полного охлаждения. Применяют этот способ при закалке несложных деталей из углеродистых и легированных сталей. При этом для углеродистых сталей диаметром более 2-5 мм закалочной средой служит вода, а для меньших размеров и для многих легированных сталей – масло.
Для уменьшения внутренних напряжений деталь иногда не сразу погружают в закалочную жидкость, а некоторое время охлаждают на воздухе, «подстуживают». Такой способ закалки называется закалкой с подстуживанием (рис. 9.3, кривая 5).
Рисунок 5.3 - Схема режимов охлаждения при различных способах закалки: 1 – непрерывная закалка в одном охладителе; 2- прерывистая закалка, или закалка в двух средах; 3 - ступенчатая закалка; 4 - изотермическая закалка; 5 – закалка с подстуживанием
2. Прерывистая закалка или закалка в двух средах (рис.9.3, кривая 2) используется для деталей сложной формы. Нагретую до температуры закалки деталь (инструмент из углеродистой стали) охлаждают сначала в быстро охлаждающей среде, а затем в медленно охлаждающей. Обычно первое охлаждение проводят в воде, а затем деталь переносят в масло, или охлаждают на воздухе. В мартенситном интервале сталь охлаждается медленно, что способствует уменьшению внутренних напряжений.
3. Ступенчатая закалка (рис.9.3, кривая 3).
Режим ступенчатой закалки: деталь нагревают до температуры закалки. Ас3 + (30-50 оС), выдерживают и быстро переносят в охладитель с температурой на 110-150 оС выше мартенситной точки (Мн); выдерживают а нем короткое время (расчетное), затем изделие охлаждают до комнатной температуры на воздухе, но это не должно вызвать превращения аустенита в бейнит.
Преимущества ступенчатой закалки:
- уменьшаются объемные изменения, вследствие присутствия большого количества остаточного аустенита и возможности самоотпуска мартенсита;
- уменьшается коробление в результате того, что мартенситное превращение протекает почти одновременно во всех участках изделия;
- меньше опасность появления трещин;
- во время фазовых превращений (мартенситного) снижается прочность стали и повышается пластичность.
Горячие, а следовательно, сравнительно медленно охлаждающие среды не позволяют достигнуть критической скорости закалки для более или менее крупных сечений. Поэтому ступенчатая закалка для углеродистой стали применима лишь для деталей диаметром не более 10-12 мм, а для легированных сталей до 20-30 мм.
4. Изотермическая закалка (рис.9.3, кривая 4). В отличие от ступенчатой при изотермической закалке необходимо выдерживать сталь в закалочной среде столько времени, чтобы успело закончиться изотермическое превращение аустенита.
Режим изотермической закалки: нагрев до температуры закалки A3 + (30-50 оС ), выдержка и быстрый перенос в закалочную среду, температура которой выше точки Мн на 100-150 оС, затем дается длительная выдержка, чтобы полностью прошли превращения переохлажденного аустенита. При выдержке происходит распад аустенита с образованием структуры нижнего бейнита с хорошим коплексом механических свойств.
5. Закалка с самоотпуском.
Режим закалки: нагрев до температуры закалки А3 + (30-50 оС), выдержка и охлаждение в одном охладителе; прерывание охлаждения с тем, чтобы сердцевина сохранила запас тепла. Под действием теплообмена за счет внутреннего тепла снова нагревается поверхность. Тем самым происходит отпуск поверхности стали (самоотпуск). Сталь приобретает сочетание высокой твердости на поверхности детали с повышенной вязкостью в сердцевине. Примененяется такая закалка для изготовления зубил, кернов, кувалд и слесарных молотков.
6. Поверхностная закалка.
Конструкционная прочность многих деталей машин зависит от состояния материала в поверхностных слоях деталей.
Долговечность деталей, работающих в условиях изнашивания (валы, шестерни), зависит от сопротивления поверхности износу.
Разрушение деталей, работающих при изгибающих нагрузках в условиях циклических нагружений, начинается в поверхностных слоях детали. В этих случаях делают поверхностную закалку (при сохранении вязкой сердцевины), либо химико-термическую обработку (ХТО).
При поверхностной закалке нагрев только поверхности можно проводить :
- в расплавленных металлах или солях;
- пламенем ацетелено-кислородной или газовой горелки;
- в электролитах;
- лучом лазера;
- электротоком, индуцируемым в поверхностных слоях детали. Такая закалка называется индукционной или высокочастотной закалкой.
Режим поверхностной закалки: нагрев поверхностного слоя детали до температуры закалки (выше Aс3), быстрое охлаждение в закалочной среде (в воде). В результате такой обработки увеличивается твердость поверхностного слоя детали и повышается его сопротивление истиранию.
Толщина закаленного слоя определяется глубиной нагрева (рис. 9.4).
Рис. 5.4. Изменение температуры по сечению детали к моменту закалки
Участок I, нагретый выше Ас3, получает полную закалку. Участок II, нагретый между Ас1 и Ас3, получает неполную закалку. Участок III не нагревается и не получает закалки.
Схема индукционного нагрева для закалки токами высокой частоты (ТВЧ) представлена на рис.9.5.
Рис. 5.5.Схема индукционного нагрева: а – распределение магнитного потока в индукторе; б – напрвление токов в индукторе и детали;
1 – нагреваемая деталь; 2 – виток индуктора; 3 – магнитные силовые линии; 4 – направление тока в индукторе; 5 – направление тока в детали
Толщина закаленного слоя при поверхностной закалке определяется по формуле:
δ = 500 √ ρ / μ * f,
где ρ - удельное сопротивление детали, Ом*см;
μ - магнитная проницаемость, Гс/э;
f - частота тока, Гц.
Для нагрева детали используют специальные машинные генераторы (с частотой тока от 500 доГц) или ламповые генераторы (с частотой тока доГц).
Время нагрева при поверхностной закалке составляет 3-5 с. После нагрева следует охлаждение в закалочной среде (в воде).
В результате быстрого душеобразного охлаждения (закалки) получают мелкоигольчатый мартенсит с малой хрупкостью и повышенной прочностью. Для закалки ТВЧ используют углеродистые стали с содержанием углерода более 0,40 % С. Температура нагрева при ТВЧ выше, чем в обычных случаях и при такой обработке получается мелкое действительное зерно аустенита.
К преимуществам закалки ТВЧ относятся:
- высокая производительность;
- отсутствие окисления поверхности;
- мелкозернистая структура (тонкий мартенсит) в поверхностном слое;
- автоматизация процесса;
- выборочная закалка элементов детали.
Недостатками закалки ТВЧ являются высокая стоимость оборудования и применение только в крупносерийном производстве.
5.4. Закаливаемость и прокаливаемость
Выбор охлаждающей среды при термической обработке определяется закаливаемостью и прокаливаемостью стали.
Закаливаемость - способность стали принимать закалку, т. е. приобретать при закалке высокую твердость поверхности (определяется содержанием углерода в стали; при содержании углерода ниже 0,2 % сталь практически не закаливается).
Прокаливаемость - способность стали получать закаленный слой с мартенситной или троостито-мартенситной структурой с высокой твердостью на ту или иную глубину. Глубиной считают расстояние от поверхности до слоя, где в структуре содержится 50 % мартенсита + 50 % троостита.
Чем больше устойчивость переохлажденного аустенита, чем меньше критическая скорость закалки, тем больше прокаливаемость стали (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Схемы, показывающие различную скорость охлаждения по сечению
Характеристикой прокаливаемости является критический диаметр (Дкр).
Критический диаметр - это максимальный диаметр прутка, прокаливающийся насквозь в данном охладителе.
Определяют прокаливаемоеть экспериментально. Основной способ определения прокаливаемости - стандартный метод торцевой закалки (ГОСТ 5657рис.9.7).
Рис. 5.7. Количественная связь термокинетической - диаграммы(1) с графиком прокаливаемости, построенным методом торцевой закалки (2)
Метод торцевой закалки для определения прокаливаемости заключается в следующем:
- нагревают образец до заданной температуры;
- охлаждают с торца. При таком охлаждении нижний торец охлаждается с максимальной скоростью и скорость охлаждения убывает по мере удаления от торца;
- измеряют твердость по длине образца, начиная от торца;
- изображают графически результаты промера твердости на торце и по длине образца, определяют зону, содержащую 50 % мартенсита + 50 % троостита;
- определяют Дкр по номограммам (рис. 5.8).
Рис. 5.8. Номограмма прокаливаемости ()
Прокаливаемость стали прямо пропорциональна содержанию в ней углерода. Легирующие элементы, входящие в состав стали, уменьшают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость.
6. ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ХТО)
Химико-термическая обработка (ХТО) - это термическая обработка, сочетающая тепловое воздействие с химическим, в результате чего изменяется состав и структура в поверхностных слоях, а иногда и по всему объему изделия.
В результате ХТО происходит изменение свойств поверхностного слоя детали, т. е. повышаются твердость, износостойкость, жаростойкость, окалиностойкость, коррозионная стойкость.
Обычно при ХТО деталь помещают в среду, богатую элементом (карбюризатор), который диффундирует в металл.
При ХТО происходят три элементарных процесса:
- диссоциация, когда под действием температуры в карбюризаторе происходит распад молекул и образование активных атомов диффундирующего элемента;
- адсорбция, которая происходит на границе карбюризатор – деталь и состоит в поглощении (растворении) поверхностью свободных активных атомов, получившихся после диссоциации;
- диффузия, в результате которой происходит проникновение насыщающего элемента вглубь металла.
В зависимости от диффундирующего насыщающего поверхность элемента различают следующие виды ХТО:
- цементацию (углерод);
- азотирование (азот);
- нитроцементацию (азот + углерод);
- сульфаазотирование (сера + азот);
- алитирование (алюминий);
- хромирование (хром).
6.1. Цементация стали
При цементации происходит поверхностное насыщение стали углеродом, в результате чего получается высокоуглеродистый поверхностный слой, а сердцевина стали остается мягкой и вязкой, несмотря на то, что сталь после цементации подвергается закалке.
Цементация выгодно распределяет углерод от поверхности, а термическая обработка (закалка) упрочняет деталь, поверхность и сердцевину.
Поверхность стали после такой обработки имеет высокую твердость и износостойкость при вязкой сердцевине.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
