Термообробка поковок

Термічна І ХІМІКО-термічна обробка поковок І ШТАМПІВ

Термічна і хіміко-термічна обробка металу спрямована на зміну його структури і складу поверхневого шару з метою додання металу певних фізико-механічних і технологічних властивостей - міцності, твердості, пластичності; усунення або зменшення структурної неоднорідності, подрібнення зерна, поліпшення оброблюваності різанням і ін. Ці зміни відбуваються під впливом послідовного нагрівання та охолодження в різних температурно-швидкісних умовах і середовищах. Термічна обробка включає наступні процеси: загартування, відпустка, відпал, нормалізацію.

Загартування. Характер розташування атомів заліза в стали впливає на розташування атомів вуглецю. Так, якщо атоми заліза утворюють решітку об'ємно-центрованого куба (альфа-залізо), то вуглець розчиняється в залозі тільки в незначній кількості (соті частки відсотка); якщо ж решітка заліза змінюється на гранецентрированную (гамма-залізо), то розчинність вуглецю зростає в багато разів.

Якщо повільно охолоджувати сталь, нагріту вище точки АС3 (вище лінії GS), то в ній будуть відбуватися такі процеси: атоми заліза в критичній точці Ar1 перебудуються, і аустеніт перетвориться в ферит, т. Е. В альфа-залізо з розчиненим у ньому невеликим кількістю вуглецю. Якщо в охолоджувальної стали вуглецю більше, ніж може розчинитися в альфа-залізі (т. Е. Більше сотих часток відсотка), то при охолодженні створюється його надлишок, який утворює хімічну сполуку з залізом - карбід заліза, званий цементитом. Структура стали знову набуде вигляду феррит + перліт.

Температура перетворення перліту в аустеніт АС1 не дорівнює температурі перетворення аустеніту в перліт Аr1. т. е. критичні точки при нагріванні і охолодженні матимуть різні значення - при нагріванні вищі, ніж при охолодженні.

Чим більше швидкість охолодження, тим нижчою буде температура розпаду аустеніту. При великій швидкості охолодження аустеніт перетворюється не в ферритно-перлитную структуру, а в іншу, характер якої залежить від того, наскільки вдасться переохолодити аустеніт.

Для кожної марки стали температура перетворення буде різною.

Якщо температура перетворення аустеніту знижується незначно, то виходить перехідна структура між троостита і перлитом - сорбіт.

Для деякого зменшення твердості і збільшення в'язкості стали після гарту застосовують відпустку. При цьому сталь нагрівають до температури нижче АС1 і повільно або швидко охолоджують. Чим вище температура відпустки, тим менше твердість сталі.

Як гартівних середовищ застосовуються: вода, водні розчини солей і лугів, масло, розплавлені солі і метали.

Для отримання хорошої якості гарту гартівна середовище в інтервалі температур 550-600 ° повинна охолоджувати швидко, щоб аустенит не встиг розпастися на ферритно-перлитную структуру. При температурі 200-300 ° гартівна середовище має охолоджувати повільно, щоб не з'являлося сильних внутрішніх напружень.

Холодна вода, особливо підсолена, робить сильний охолоджуючу дію як в зоні високих (550-600 °), так і низьких (200-300 °) температур. В цьому її істотний недолік. Для пом'якшення закаливающего дії води в неї додають гліцерин, рідке скло та інші добавки. Особливо сильно зменшують закаливающее дію води добавки мила.

Масло має в 3-4 рази меншою закаливающей здатністю, ніж холодна вода, і повільно охолоджує сталь в зоні температур 200-300 °. Загартування в маслі призводить до менших внутрішнім напруженням, меншому викривленню і зменшує шлюб по тріщинах.

При неправильної загартуванню можуть виникнути різні дефекти в стали. Найбільш поширеними з них є наступні:

1. Недостатня твердість. Причиною є низька температура нагріву деталі в печі або недостатньо інтенсивне її охолодження. З цієї ж причини можуть утворитися м'які плями на поверхні загартованої деталі. Іноді цей дефект є наслідком неоднорідності структури перед гартом. Неоднорідна структура виправляється попередньої нормалізацією.

2. Підвищена крихкість. Виникає в результаті гарту при дуже високих температурах, при яких відбувається зростання зерен аустеніту. Цей шлюб усувається повторної загартуванням при нормальних температурах.

3. Окислення і зневуглецювання поверхні. Відбувається при нагріванні в полум'яних печах. Для попередження цього дрібні деталі нагрівають в ящиках, наповнених чавунної стружкою або деревним вугіллям. Найкращим способом запобігання від зневуглецювання і окислення є нагрів в печах, що мають регульовану атмосферу, т. Е. Певний склад газів.

4. Деформація, викривлення і тріщини. З'являються внаслідок внутрішніх напружень. Внутрішні напруги можна значно зменшити, застосовуючи мінімальні швидкості охолодження і температури гарту. Крім того, необхідно дотримуватися такого правила: стрижні або деталі, близькі до них за формою, занурюються в гартівну рідина прямовисно - торцем вниз, плоскі предмети - вузькою стороною, деталі з нерівномірною товщиною - широкою частиною.

Изотермическая гарт. Нагріта до звичайних гартівних температур сталь занурюється у ванну з гарячою рідиною, деякий час витримується в ній і потім охолоджується до кімнатної температури.

Твердість і міцність загартованої таким чином стали залежить від температури закалочной рідини. Змінюючи температуру, можна отримати бажані механічні властивості стали.

При ізотермічної загартування зменшуються внутрішні напруги, відсутні викривлення і гартівні тріщини; ізотермічні загартована сталь має більш високу в'язкість, ніж сталь, загартована звичайним способом.

Ізотермічної загартування піддаються тільки тонкі вироби, які швидко охолоджуються до температури закалочной рідини.