Обробка стали холодом

Така обробка називається обробкою стали холодом.

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

Після обробки холодом сталь піддають низькому відпустки, так як 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 втомної міцності.

Методи механічного зміцнення - наклепиваніе поверхневого шару на глибину 0,2 ... 0,4 мм.

Різновидами є дробеструйная обробка і обробка роликами.

Дробоструйна обробка - обробка дробом поверхні готових деталей.

Здійснюється за допомогою спеціальних дробоструминних установок, що викидають сталеву або чавунну 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 в канавках, на виступах. Піддають вироби типу пружин, ресор, ланки ланцюгів, гусениць, гільзи, поршні, зубчасті колеса.

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

При зусиллях на ролик, що перевищують межу текучості оброблюваного матеріалу, відбувається наклеп на потрібну глибину. Обробка покращує мікрогеометрію. Створення залишкових напружень стиску підвищує межа втоми і довговічність виробу.

Обкатка роликами застосовується при обробці шийок валів, дроту, при калібрування труб, прутків.

Чи не потрібне спеціальне обладнання, можна використовувати токарні або стругальні верстати.

До конструкційних сталей, що застосовуються для виготовлення різноманітних деталей машин, висувають такі вимоги:

поєднання високої міцності і достатньою в'язкості

хороші технологічні властивості

Висока конструкційна міцність стали, досягається шляхом раціонального вибору хімічного складу, режимів термічної обробки, методів поверхневого зміцнення, поліпшенням металургійного якості.

Вплив на конструкційну міцність роблять легуючі елементи. Підвищення конструкційної міцності при легуванні пов'язане із забезпеченням високої прокаливаемости, зменшенням критичної швидкості гарту, подрібненням зерна.

Застосування зміцнюючої термічної обробки покращує комплекс механічних властивостей.

Металургійне якість впливає на конструкційну міцність. Чистий сталь при одних і тих же міцності властивості має підвищені характеристики надійності.

Елементи, спеціально вводяться в сталь в певних концентраціях з метою зміни її будови і властивостей, називаються легуючими елементами, а стали -легірованнимі.

Зміст легіруюшіхх елементів може змінюватися в дуже широких межах: хром або нікель - 1% і більше відсотків; ванадій, молібден, титан, ніобій - 0,1 ... 0,5%; також кремній і марганець - більше 1%. При змісті легуючих елементів до 0,1% - мікролегування.

В конструкційних сталях легування здійснюється з метою поліпшення механічних властивостей (міцності, пластичності). Крім того змінюються фізичні, хімічні, експлуатаційні властивості.

Легуючі елементи підвищують вартість стали, тому їх використання повинно бути строго обгрунтовано.

Переваги легованих сталей:

особливості виявляються в термічно обробленому стані, тому виготовляються деталі, що піддаються термічній обробці;

поліпшені леговані стали виявляють більш високі показники опору пластичних деформацій ();

легуючі елементи стабілізують аустеніт, тому прокаліваемость легованих сталей вище;

можливе використання більш «м'яких» охолоджувачів (знижується шлюб по гартівно тріщинах і викривлення), так як гальмується розпад аустеніту;

підвищуються запас в'язкості і опір хладоломкості, що призводить до підвищення надійності деталей машин.

схильні до оборотної відпускної крихкості II роду;

в високолегованих сталях після гарту залишається аустеніт залишковий, який знижує твердість і опірність втоми, тому потрібна додаткова обробка;

схильні до дендритних ліквації, так як швидкість дифузії легуючих елементів в залозі мала. Дендрити збіднюється, а кордону - междендрітний матеріал - збагачуються легуючим елементом. Утворюється строчечного структура після кування і прокатки, неоднорідність властивостей вздовж і поперек деформування, тому необхідний дифузний відпал.

схильні до утворення флокенов.

Флок - світлі плями в зламі в поперечному перерізі - дрібні тріщини з різною орієнтацією. Причина їх появи - виділення водню, розчиненого в металі.

При швидкому охолодженні від 200 o водень залишається в стали, виділяючись з твердого розчину, викликає велике внутрішнє тиск, що приводить до утворення флокенов.

Заходи боротьби: зменшення вмісту водню при виплавці і зниження швидкості охолодження в інтервалі флокенообразованія.

Вплив елементів на поліморфізм заліза

Всі елементи, які розчиняються в залозі, впливають на температурний інтервал існування його аллотропических модифікацій (А = 911 o С, А = одна тисячі триста дев'яносто два o С).

Залежно від розташування елементів у періодичній системі та будови кристалічної решітки легуючого елемента можливі варіанти взаємодії легуючого елемента з залізом. Їм відповідають і типи діаграм стану сплавів системи залізо - легуючий елемент (рис. 17.1)

Більшість елементів або підвищують А і сніжаютА. розширюючи існуючі-модифікації (ріс.17.1.а), або знижують А4 і повишаютА. звужуючи область існування- модифікації (ріс.17.1.б).

Мал. 17.1. Схематичні діаграми стану Fe - легуючий елемент. а - для елементів, які розширюють область існування -Модифікація; б - для елементів, які звужують область існування-модифікації

Понад определ¨нного вмісту марганцю, нікелю та інших елементів, що мають гранецентрированную кубічну решітку, - стан існує як стабільний від кімнатної температури до температури плавлення, такі сплави на основі заліза називаються аустенітними.

При утриманні ванадію, молібдену, кремнію та інших елементів, що мають об'ємно-центровану кубічну решітку. вище определ¨нного межі стійким при всіх температурах є - стан. Такі сплави на основі заліза називаються Феритний.

Аустенітні і ферритні сплави не мають перетворень при нагріванні і охолодженні.

Вплив легуючих елементів на перетворення в сталі

Вплив легуючих елементів на перетворення перліту в аустеніт.

Легуючі елементи в більшості випадків розчиняються в аустените, утворюючи тверді розчини заміщення. Леговані стали вимагають більш високих температур нагрівання і більш тривалої витримки для отримання однорідного аустеніту, в якому розчиняються карбіди легуючих елементів.

Мала схильність до зростання аустенітного зерна - технологічну перевагу більшості легованих сталей. Всі легуючі елементи знижують схильність аустенітного зерна до зростання, крім марганцю і бору. Елементи, що не утворюють карбідів (кремній, кобальт, мідь, нікель), слабо впливають на зростання зерна. Карбидообразующие елементи (хром, молібден, вольфрам, ванадій, титан) сильно подрібнюють зерно.

Вплив легуючих елементів на перетворення переохолодженого аустеніту.

За впливом на стійкість аустеніту і на форму С-образних кривих легуючі елементи поділяються на дві групи.

Елементи, які розчиняються в фериті і цементиті (кобальт, кремній, алюміній, мідь, нікель), надають тільки кількісне вплив на процеси перетворення. Уповільнюють перетворення (більшість елементів), або прискорюють його (кобальт) (ріс.17.2 а)

Рис 17.2. Вплив легуючих елементів на перетворення переохолодженого аустеніту: а - некарбідообразующіе елементи; б - карбидообразующие елементи

Карбидообразующие елементи (хром, молібден, вольфрам, ванадій, титан) вносять і якісні зміни в кінетику ізотермічного перетворення. При різних температурах вони по різному впливають на швидкість розпаду аустеніту: при температурі 700 ... 500 o С - уповільнюють перетворення в перлитной області, при температурі 500 ... 400 o С (освіта троостита) - дуже сильно уповільнюють перетворення, при температурі 400 ... 300 o С (проміжне перетворення) - уповільнює перетворення аустеніту в Бейн, але менше, ніж освіту троостита. Це відбивається на формі С-образних кривих: спостерігаються два максимуми швидкості ізотермічного розпаду, розділених областю високої стійкості переохолодженого аустеніту (рис. 17.2 б)

Температура максимальної стійкості аустеніту залежить від карбидообразующих елемента: хром - 400 ... 500 o С, вольфрам - 500 ... 550 o С, молібден - 550 ... 575 o С, ванадій - 575 ... 600 o С. Час максимальної стійкості при заданій температурі зростає зі збільшенням ступеня легування (дуже велике для високолегованих сталей).

Вплив легуючих елементів на преврашеніе при відпустці.

Таким чином, леговані стали при відпустці нагрівають до більш високих температур або збільшують витримку.

Класифікація легованих сталей

Стали класифікуються за кількома ознаками.

1. За структурою після охолодження на повітрі виділяються три основні класи сталей:

Класифікація пов'язана з кінетикою розпаду аустеніту. Діаграми ізотермічного розпаду аустеніту для сталей різних класів представлені на рис. 17.3

Для сталей перлітного класу крива швидкості охолодження на повітрі перетинає область перлитного розпаду (рис. 17.3.а), тому утворюються структури перліту, сорбіту або троостита.

2. За ступенем легування (за змістом легуючих елементів):

середньолеговані - до 10%;

високолеговані - більше 10%.

3. За кількістю легуючих елементів:

трикомпонентні (залізо, вуглець, легуючий елемент);

чотирьохкомпонентні (залізо, вуглець, два легованих елементів) і так далі.

нікелеві, хпомістие, хромонікелеві, хромонікельмолібденових і так далі (ознака-наявність тих чи інших легуючих елементів).

5. За призначенням:

інструментальні (ріжучі, обмірні, Штампові);

стали і сплави з особливими властивостями (різко виражені властивості нержавіюча, жароміцні і термостійкі, зносостійкі, з особливими магнітними і електричними властивостями).