Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 27 )

Висока швидкість нагрівання зміщає фазові перетворення в область більше високих температур. Температура загартування при нагріванні струмами високої частоти повинна бути вище, ніж при звичайному нагріванні.

При правильних режимах нагрівання після охолодження виходить структура дрібногілчатого мартенситу. Твердість підвищується на 2...4 HRC у порівнянні зі звичайним загартуванням, зростає зносостійкість і границя витривалості.

Перед загартуванням ТВЧ виріб піддають нормалізації, а після загартування низькій відпустці при температурі 150…200oС (самовідпуск).

Найбільше доцільно використовувати цей метод для виробів зі сталей зі змістом вуглецю більше 0,4 %.

Переваги методу:

·  більша економічність, немає необхідності нагрівати весь виріб;

·  більше високі механічні властивості;

·  відсутність зневуглероджування й окислювання поверхні деталі;

·  зниження шлюбу по жолобленню й утворенню гартівних тріщин;

·  можливість автоматизації процесу;

·  використання загартування ТВЧ дозволяє замінити леговані сталі на більше дешеві вуглецеві;

·  дозволяє проводити загартування окремих ділянок деталі.

Основний недолік методу – висока вартість індукційних установок і індукторів.

Доцільно використовувати в серійному й масовому виробництві.

Газополум’яне загартування.

Нагрівання здійснюється ацетиленокиснева, газокисневим або керосинокиснева полум'ям з температурою 3000…3200oС.

Структура поверхневого шару після загартування складається з мартенситу, мартенситу й фериту. Товщина загартованого шару 2...4 мм, твердість 50...56 HRC.

Метод застосовується для загартування великих виробів, що мають складну поверхню (косозубі шестірні, черв'яки), для загартування сталевих і чавунних прокатних валків. Використовується в масовому й індивідуальному виробництві, а також при ремонтних роботах.

При нагріванні великих виробів пальника й охолодних пристроїв переміщаються уздовж вироби, або - навпаки.

Недоліки методу:

·  невисока продуктивність;

·  складність регулювання глибини загартованого шару й температури нагрівання (можливість перегріву).

Старіння

Відпустка застосовується до сплавів, які піддані загартуванню з поліморфним перетворенням.

До матеріалів, підданим загартуванню без поліморфного перетворення, застосовується старіння.

Загартування без поліморфного перетворення - термічна обробка, що фіксує при більше низькій температурі стан, властивий сплаву при більше високих температурах (пересичений твердий розчин).

Старіння – термічна обробка, при якій головним процесом є розпад пересиченого твердого розчину.

У результаті старіння відбувається зміна властивостей загартованих сплавів.

На відміну від відпустки, після старіння збільшуються міцність і твердість, і зменшується пластичність.

Старіння сплавів пов'язане зі змінною розчинністю надлишкової фази, а зміцнення при старінні відбувається в результаті дисперсійних виділень при розпаді пересиченого твердого розчину й виникаючих при цьому внутрішніх напружень.

У старіючих сплавах виділення із твердих розчинів зустрічаються в наступних основних формах:

·  тонкопластинчатий (дискообразний);

·  ріавновісний (сферичної або кубічної);

·  голчастої.

Форма виділень визначається конкуруючими факторами: поверхневою енергією й енергією пружної деформації, що прагнуть до мінімуму.

Поверхнева енергія мінімальна для рівновісних виділень. Енергія пружних перекручувань мінімальна для виділень у вигляді тонких пластин.

Основне призначення старіння - підвищення міцності й стабілізація властивостей.

Розрізняють старіння природне, штучне й після пластичної деформації.

Природним старінням називається мимовільне підвищення міцності й зменшення пластичності загартованого сплаву, що відбуває в процесі його витримки при нормальній температурі.

Нагрівання сплаву збільшує рухливість атомів, що прискорює процес.

Підвищення міцності в процесі витримки при підвищених температурах називається штучним старінням.

Межа міцності, границя текучості й твердість сплаву зі збільшенням тривалості старіння зростають, досягають максимуму й потім знижуються (явище перебудування)

При природному старінні перебудування не відбувається. З підвищенням температури стадія перебудування досягається раніше.

Якщо загартований сплав, що має структуру пересиченого твердого розчину, піддати пластичної деформації, то також прискорюються процеси, що протікають при старінні – це деформаційне старіння.

Старіння охоплює всі процеси, що відбуваються в пересиченому твердому розчині: процеси, що підготовляють виділення, і самі процеси виділення.

Для практики велике значення має інкубаційний період - час, протягом якого в загартованому сплаві відбуваються підготовчі процеси, коли зберігається висока пластичність. Це дозволяє проводити холодну деформацію після загартування.

Якщо при старінні відбуваються тільки процеси виділення, то явище називається дисперсійним твердінням.

Після старіння підвищується міцність і знижується пластичність низьковуглецевих сталей у результаті дисперсних виділень у фериті цементиту третинного й нітридів.

Старіння є основним способом зміцнення алюмінієвих і мідних сплавів, а також багатьох жароміцних сплавів.

Обробка сталі холодом

Високовуглецевих й багато легованих сталей мають температуру кінця мартенситного перетворення (Мк) нижче 0oС. Тому в структурі стали після загартування спостерігається значна кількість залишкового аустеніту, що знижує твердість виробу, а також погіршує магнітні характеристики. Для усунення аустеніту залишкового проводять додаткове охолодження деталі в області негативних температур, до температури нижче т. Мк (- 80oС). Звичайно для цього використовують сухий лід.

Така обробка називається обробкою сталі холодом.

Обробку холодом необхідно проводити відразу після загартування, щоб не допустити стабілізації аустеніту. Збільшення твердості після обробки холодом звичайно становить 1...4 HRC.

Після обробки холодом сталь піддають низькій відпустці, тому що обробка холодом не знижує внутрішніх напружень.

Обробці холодом піддають деталі шарикопідшипників, точних механізмів, вимірювальні інструменти.

Зміцнення методом пластичної деформації

Основне призначення методів механічного зміцнення поверхні - підвищення утомної міцності.

Методи механічного зміцнення – наклеп поверхневого шару на глибину 0,2...0,4 мм.

Різновидами є дробеструйна обробка й обробка роликами.

Дробеструйна обробка – обробка дробом поверхні готових деталей.

Здійснюється за допомогою спеціальних дробеструйних установок, що викидають сталевий або чавунний дріб на поверхню оброблюваних деталей. Діаметр дробу - 0,2...4 мм. Удари дробу викликають пластичну деформацію на глибину 0,2...0,4 мм.

Застосовують для зміцнення деталей у канавках, на виступах. Піддають виробу типу пружин, ресор, ланки ланцюгів, гусениць, гільзи, поршні, зубчасті колеса.

При обробці роликами деформація здійснюється тиском ролика із твердого металу на поверхню оброблюваного виробу.

При зусиллях на ролик, що перевищують границю текучості оброблюваного матеріалу, відбувається наклеп на потрібну глибину. Обробка поліпшує мікрогеометрію. Створення залишкових напруг стиску підвищує межа утоми й довговічність виробу.

Обкатування роликами застосовується при обробці шийок валів, дроту, при калібруванні труб, прутків.

Не потрібне спеціальне встаткування, можна використовувати токарські або стругальні верстати.

Лекція

 Конструкційні сталі. Класифікація конструкційних сталей.

Класифікація конструкційних сталей

Машинобудівні сталі призначені для виготовлення різних деталей машин і механізмів.

Вони класифікуються:

·  по хімічному складі ( вуглецеві й леговані);

·  по обробці (цементуємі, що поліпшуються);

·  по призначенню (пружинні, шарикопідшипникові).

Вуглецеві стали

Низьковуглецеві сталі 05 кп, 08, 10, 10 пс мають малу міцність високою пластичністю. Застосовуються без термічної обробки для виготовлення малонавантажені деталей - шайб, прокладок і т. п.

Средньовуглецеві сталі 35, 40, 45 застосовуються після нормалізації, термічного поліпшення, поверхневого загартування.

У нормалізованому стані в порівнянні з низьковідпущеним мають більшу міцність, але меншою пластичністю. Після термічного поліпшення спостерігається найкраще сполучення механічних властивостей. Після поверхневого загартування мають високу поверхневу твердість і опір зношування.

Високовуглецеві стали 60, 65, 70,75 використовуються як ресорно-пружинні після середньої відпустки. У нормалізованому стані - для прокатних валків, шпинделів верстатів.

Достоїнства вуглецевих якісних сталей - дешевина й технологічність. Але через малу прокалюваність ці сталі не забезпечують необхідний комплекс механічних властивостей у деталях перетином більше 20 мм.

Цементуємі й поліпшені сталі

Цементуємі сталі.

Використовуються для виготовлення деталей, що працюють на зношування й піддаються дію змінних і ударних навантажень. Деталі повинні сполучити високу поверхневу міцність і твердість і достатню в'язкість серцевини.

Цементації піддаються низьковуглецеві стали зі змістом вуглецю до 0,25%, що дозволяє одержати грузлу серцевину. Для деталей, що працюють із більшими навантаженнями, застосовуються сталі з підвищеним змістом вуглецю (до 0,35 %).

З підвищенням змісту вуглецю міцність серцевини збільшується, а в'язкість знижується. Деталі піддаються ціануванню й нітроцементації.

Цементуемі вуглецеві стали 15,20,25 використовуються для виготовлення деталей невеликого розміру, що працюють в умовах зношування при малих навантаженнях (втулки, валики, осі, шпильки й ін.). Твердість на поверхні становить 60...64 HRC, серцевина залишається м'якої.

Цементуємі леговані сталі застосовують для більших і важконавантажених деталей, у яких необхідно мати, крім високої твердості поверхні, досить міцну серцевину (кулачкові муфти, поршні, пальці, втулки).

Хромисті сталі 15Х, 20Х використовуються для виготовлення невеликих виробів простої форми, цементуємих на глибину h =1...1,5 мм. При загартуванні з охолодженням у маслі, виконуваної після цементації, серцевина має бейнитну будову. Внаслідок цього хромисті сталі мають більше високими міцностними властивості при трохи меншій пластичності в серцевині й більшій міцності в цементованому шарі.