Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 23 )

З погляду продуктивності, нагрівши з максимальною швидкістю зменшує окалиноутворення, зневуглеродження й ріст аустенітного зерна. Однак необхідно враховувати перепад температур по перетині, що веде до виникнення термічних напруг. Якщо напруги, що розтягують, перевищать межа міцності або границя текучості, то можливо жолоблення або утворення тріщин.

Лівий кут діаграми стану залізо - цементит і температурні області нагрівання при термічній обробці сталей

Швидкість нагрівання тим вище, ніж менш легована сталь, більш однорідна її структура, простіше конфігурація.

Швидкість нагрівання приймається 0,8...1 мін на 1 мм перетини. Час витримки приймається близько 20 % від часу нагрівання.

Середовище нагрівання при нагріванні в печі з газовим середовищем.

Тридцятилітні можуть робити на сталь різна дія:

·  що окисляє (ПРО2, С2, Н2ПРО);

·  що відновлює (З, СН4);

·  зневуглеродження (ПРО2, Н2);

·  навуглеродження (С, СН4);

·  нейтральне (N2, інертні гази).

Окислювання з утворенням окалини , перешкоджає одержанню високої й рівномірної твердості при загартуванні, приводить до зміни розмірів, вимагає збільшення припусків на механічну обробку.

Зневуглеродження (вигоряння вуглецю в поверхневому шарі металу) сприяє появі м'яких плям при загартуванні й виникненню напруг, що розтягують, у поверхневому шарі, що знижують утомну міцність.

На мал. 13.4 показані температурні області нагрівання при термічній обробці сталей.

Відпал і нормалізація. Призначення й режими

Відпал, знижуючи твердість і підвищуючи пластичність і в'язкість за рахунок одержання рівноважної дрібнозернистої структури, дозволяє:

·  поліпшити оброблюваність заготівель тиском і різанням;

·  виправити структуру зварених швів, перегрітої при обробці тиском і лиття стали;

·  підготувати структуру до наступної термічної обробки.

Характерно повільне охолодження зі швидкістю 30…100 oС/ч.

Відпал першого роду.

1. Дифузійний (гомогенізований) відпал. Застосовується для усунення ліквації, вирівнювання хімічного складу сплаву.

У його основі - дифузія. У результаті нагрівання вирівнюється сполука, розчиняються надлишкові карбіди. Застосовується, в основному, для легованих сталей.

Температура нагрівання залежить від температури плавлення, ТН = 0,8 Тпл.

Тривалість витримки: годин.

2. Рекристалізаційний відпал проводиться для зняття напруг після холодної пластичної деформації.

Температура нагрівання пов'язана з температурою плавлення: ТН = 0,4 Тпл.

Тривалість залежить від габаритів виробу.

3. Відпал для зняття напруг після гарячої обробки (лиття, зварювання, обробки різанням, коли потрібна висока точність розмірів).

Температура нагрівання вибирається залежно від призначення, перебуває в широкому діапазоні: ТН = 160…700oС.

Тривалість залежить від габаритів виробу.

Деталі прецизійних верстатів (ходові гвинти, високонавантажені зубчасті колеса, черв'яки) відпалюють після основної механічної обробки при температурі 570…600oС протягом 2...3 годин, а після остаточної механічної обробки, для зняття шліфувальних напруг – при температурі 160…180oС протягом 2...2,5годин.

Відпал другого роду призначений для зміни фазової сполуки.

Температура нагрівання й час витримки забезпечують потрібні структурні перетворення. Швидкість охолодження повинна бути такий, щоб встигли відбутися зворотні дифузійні фазові перетворення.

Є підготовчою операцією, який піддають виливка, кування, прокат. Відпал знижує твердість і міцність, поліпшує оброблюваність різанням середньо - і високовуглецевих сталей. Подрібнюючи зерно, знижуючи внутрішні напруження зменшуючи структурну неоднорідність сприяє підвищенню пластичності й в'язкості.

Залежно від температури нагрівання розрізняють відпал:

1. повний, з температурою нагрівання на 30...50 oС вище критичної температури А3

Проводиться для доевтектоїдних сталей для виправлення структури.

При такій температурі нагрівання аустеніт виходить дрібнозернистий, і після охолодження сталь має також дрібнозернисту структуру.

2. неповний, з температурою нагрівання на 30...50…50oС вище критичної температури А1

Застосовується для заевтектоїдних сталей. При такому нагріванні в структурі зберігається цементит вторинний, у результаті відпалу цементит здобуває сферичну форму (сфероідізація). Одержанню зернистого цементиту сприяє попередня відпалу гаряча пластична деформація, при якій дробиться цементитна сітка. Структура із зернистим цементитом краще обробляються й мають кращу структуру після загартування. Неповний відпал є обов'язковим для інструментальних сталей.

Іноді неповний відпал застосовують для доевтектоїдних сталей, якщо не потрібне виправлення структури (сталь дрібнозерниста), а необхідно тільки понизити твердість для поліпшення оброблюваності різанням.

3. циклічний або маятниковий відпал застосовують, якщо після проведення неповного відпалу цементит залишається пластинчастим. У цьому випадку після нагрівання вище температури А1 треба охолодження до 680 oС, потім знову нагрівання до температури 750…760) oС і охолодження. У результаті одержують зернистий цементит.

4. ізотермічний відпал – після нагрівання до необхідної температури, виріб швидко прохолоджують до температури на 50…100oС нижче критичної температури А1 і витримують до повного перетворення аустеніту в перліт, потім прохолоджують на спокійному повітрі (мал.). Температура ізотермічної витримки близька до температури мінімальної стійкості аустеніту.

У результаті одержують більше однорідну структуру, тому що перетворення відбувається при однаковому ступені переохолодження. Значно скорочується тривалість процесу. Застосовують для легованих сталей.

5. Нормалізація. - різновид відпалу.

Термічна обробка, при якій виріб нагрівають до аустенітного стану, на 30...50…50 oС вище А3 або Аст із наступним охолодженням на повітрі.

або

У результаті нормалізації одержують більше тонку будову евтектоїда (тонкий перліт або сорбіт), зменшуються внутрішні напруження, усуваються пороки, отримані в процесі попередньої обробки. Твердість і міцність трохи вище чим після відпалу.

У заевтектоїдних сталях нормалізація усуває грубу сітку вторинного цементиту.

Нормалізацію частіше застосовують як проміжну операцію, що поліпшує структуру. Іноді проводять як остаточну обробку, наприклад, при виготовленні сортового прокату.

Для низьковуглецеві сталей нормалізацію застосовують замість відпалу.

Для средньовуглецеві сталей нормалізацію або нормалізацію з високою відпусткою застосовують замість загартування з високою відпусткою. У цьому випадку механічні властивості трохи нижче, але виріб піддається меншої деформації, виключаються тріщини.

Лекція 

Технологічні особливості та можливості загартування і відпустки

Загартування

Конструкційні сталі піддають загартуванню й відпустці для підвищення міцності й твердості, одержання високої пластичності, в'язкості й високій зносостійкості, а інструментальні - для підвищення твердості й зносостійкості.

Верхня межа температур нагрівання для заевтектоїдних сталей обмежується, тому що приводить до росту зерна, що знижує міцність і опір тендітному руйнуванню.

Основними параметрами є температура нагрівання й швидкість охолодження. Тривалість нагрівання залежить від нагрівального пристрою, за досвідченим даними на 1 мм перетини затрачається: в електричній печі – 1,5...2 мін.; у полум'яній печі – 1 хв.; у соляній ванні – 0,5 хв.; у свинцевій ванні – 0,1...0,15мін.

По температурі нагрівання розрізняють види загартування:

– повна, з температурою нагрівання на 30...50oС вище критичної температури А3.

Застосовують її для доевтектоїдних сталей. Зміни структури стали при нагріванні й охолодженні відбуваються за схемою

Неповне загартування доевтектоїдних сталей неприпустимі, тому що в структурі залишається м'який ферит. Зміни структури стали при нагріванні й охолодженні відбуваються за схемою:

– неповна з температурою нагрівання на 30...50…50 oС вище критичної температури А1

Застосовується для заевтектоїдних сталей. Зміни структури сталі при нагріванні й охолодженні відбуваються за схемою:

Після охолодження в структурі залишається вторинний цементит, що підвищує твердість і зносостійкість різального інструменту.

Після повного загартування заевтектоїдних сталей одержують дефектну структуру грубоголчастого мартенситу.

Заевтектоїдні стали перед загартуванням обов'язково піддають відпалу - сфероідізації, щоб цементит мав зернисту форму.

Охолодження при загартуванні.

Для одержання необхідної структури виробу прохолоджують із різною швидкістю, що у великому ступені визначається охолодним середовищем, формою виробу й теплопровідністю стали.