Відпускна крихкість 1

При відпустці деяких легованих сталей (250 - 400 і 500 - 550 о С) знижується ударна в'язкість Таке зниження в'язкості - відпускна крихкість.

Відпускна крихкість П роду (500 - 550 о С) - виникає в тому випадку, коли після відпустки проводять уповільнене охолодження (злам волокнистий, характерний для вузького зламу). Цей вид крихкості є оборотним. Вона може бути усунена повторним нагріванням до 600 - 650 о С з наступним швидким охолодженням.

Крихкість цього роду пов'язана з дифузією розчинених атомів деяких елементів до кордонів зерен і насиченням поверхні цими елементами. Для усунення - додаткове легування молібдену і вольфраму в невеликих кількостях.

Старіння вуглецевої сталі

Старіння - зміна властивостей, що протікає в часі без помітної зміни структури. Відомо два види старіння: термічне і деформаційно.

Термічне старіння протікає в результаті зміни розчинності вуглецю в альфа-залозі в залежності від температури.

ТЕХНОЛОГІЯ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ

Цей отжиг проводять як при температурах вище, так і нижче температур фазових перетворень, тому що процеси при відпалі протікають незалежно від фазових перетворень.

Гомогенізація (дифузний відпал) застосовують для злитків легованої сталі з метою зменшення дендритних або внутрікрісталлітной ликвации, що приводить до підвищення схильності стали до тендітному зламу, анізотропності, шиферному зламу і флокенов.

Загальна тривалість цього відпалу досягає 50 - 100 год і більше, тривалість витримки 8 - 20 годин. Здійснюють посад в піч гарячих злитків. Велике зерно усувається при подальшій прокатці. Фасонні виливки піддають повному відпалу

Відпал рекристалізації - нагрівання холоднодеформованої стали вище температури рекристалізації, зазвичай в межах 650 - 700 о С. При відпалі стали, крім рекристалізації фериту можуть протікати процеси коагуляції і сфероїдизації цементиту, що підвищує пластичність стали і обробку тиском.

Відпал для зняття напружень - застосовують для виливків, зварних виробів, після обробки і різанням і т.д. через нерівномірність охолодження, неоднорідною пластичної деформації. Температура відпалу 200 - 700 о С, частіше 350 - 600 о С, час витримки кілька годин. Залишкові напруги знімаються і при інших видах відпалу.

Полягає в нагріванні стали вище температур фазових перетворення, витримці і подальшого, як правило, охолодження з піччю. Після відпалу сталь має низьку твердість і міцністю, але високою пластичністю. Відпал - в основному, підготовча операція, а для багатьох великих виливків - остаточної термічною обробкою.

Повний відпал - нагрівання доевтектоїдної стали на 30 - 50 о С вище точки АС3. витримці і подальшого повільного охолодження. При відпалі відбувається повна фазова перекристалізація сталі. Час нагріву на металургійних заводах становить 100 о С / ч, а тривалість витримки може коливатися від 0,5 до 1 год на 1,0 т нагрівається металу. Швидкість охолодження для легованих сталей становить 10 - 100 о С / ч, а вуглецевих - 150 - 200 о / ч. Після розпаду аустеніту в перлітною області подальше охолодження - на спокійному повітрі. Цьому виду відпалу піддають сортовий прокат поковки і фасонні виливки.

Ізотермічний отжиг - в основному леговані сталі після нагрівання до температури повного відпалу і витримки переносять в іншу піч з температурою нижче А1 зазвичай на 100 - 150 о С і здійснюють ізотермічну витримку до повного розпаду аустеніту з наступним охолодженням на повітрі. При цьому зменшується тривалість відпалу, структура більш однорідна, поліпшується обробка різанням, чистота поверхні і зменшуються деформації при подальшій загартуванню.

Для великих садок (20 - 30т і більше) цей отжиг не застосовують.

Неповний отжиг - в основному для заевтектоідних сталей; для доевтектоїдних сталей цей отжиг застосовують, щоб поліпшити різанням.

Для заевтектоідних сталей застосовують тільки неповний отжиг, який часто називають сфероідізаціей. Доевтектоїдних і заевтектоідние стали зі структурою пластинчастого перліту мають низьку твердість, межа міцності і відповідно більш високі значення відносного подовження і звуження; стали мають найкращу оброблюваністю різанням, а також меншою схильністю до утворення гартівних тріщин.

Нормалізація - полягає в нагріванні до- і заевтектоідной стали до температури перевищує на 50 о С температури Ас3 або АС1 відповідно з подальшим охолодженням на спокійному повітрі. При нормалізації відбувається повна фазова перекристалізація і усувається грубозерниста структура. При охолодженні на повітрі розпад відбувається при більш низьких температурах, ніж при відпалі, що призводить до підвищення дисперсності ферито-цементіной суміші та отримання сорбіту або троостита.

Призначення нормалізації різному в залежності від складу стали: для низьковуглецевої сталі застосовують замість відпалу, для високовуглецевої сталі - для усунення цементитной сітки. Нормалізацію з подальшим високим відпуском часто використовують для виправлення структур легованих сталей замість повного відпалу.

Загартування полягає в нагріванні стали на 30 - 50 о С вище АС3 для заевтектоідних сталей або АС1 для заевтектоідних сталей з наступним охолодженням зі швидкістю вище критичної. Для вуглецевої сталі охолодження виробляють переважно в воді, а легованих сталей - в маслі або інших середовищах.

Вибір температури гарту здійснюють виходячи зі змісту вуглецю в стали, а також легуючих елементів. Умови аустенітизації і відповідно стан аустеніту дуже впливають на кінетику фазових перетворення при наступному охолодженні і кінцеві властивості утворюються при цьому структур. Розглянути вплив перегріву або недогріву на властивості загартованої сталі.

Тривалість нагрівання при аустенітизації повинна забезпечити прогрів вироби з перерізу і завершення фазових перетворень, але не повинна бути занадто великою, щоб не викликати зростання зерна аустеніту і обезуглероживание поверхневих шарів сталі.

Загальна тривалість нагрівання: # 964; заг = # 964; с.п. + # 964; І.В. ; де # 964; с.п. - тривалість наскрізного нагрівання, обумовлена ​​формою і розміром вироби, їх розташуванням, типом печі, складом і властивостями стали і т.п .; # 964; І.В. - тривалість ізотермічної витримки при даній температурі, яка визначається тільки складом і вихідним станом стали.

Тривалість ізотермічної витримки при заданій температурі для деталей машин часто приймають рівною 15 - 25% від тривалості наскрізного нагрівання.

Фасонний інструмент і деталі машин складної конфігурації при нагріванні під загартування і для зменшення деформації рекомендується підігрівати в печі при 400 - 600 о С.

Для запобігання виробів від окислення і зневуглецювання в робочий простір печі вводять захисну газове середовище (контрольовані атмосфери):

- ендотермічна атмосфера, яка містить до 21% СО, 40% Н2. 2% СН4. 37% N2; рекомендується при нагріванні під загартування і нормалізацію конструкційних і інструментальних сталей. Коефіцієнт надлишку повітря # 945; = 0,25.

- екзотермічна атмосфера (багата) 10% СО, 15 - 14% Н2, 0,05 - 1,5% СН4. 68 - 72% N2. # 945; = 0,6. Може використовуватися при нагріванні для відпалу, нормалізації і загартування легованих конструкційних і легованих сталей.

- екзотермічна атмосфера (бідна) # 945; = 0,9: 2% СО, 2% Н2. 96% N2. Цю атмосферу застосовують для нагріву низьковуглецевих конструкційних і інструментальних сталей.

- дисоційованому аміак застосовують для термообробки нержавіючих і електротехнічних сталей.

- технічний азот, а також аргон, гелій, водень.

Зазвичай для загартування використовують киплячі рідини - воду, водні розчини солей і лугів. Розрізняють три періоди охолодження 1 - плівкове кипіння, 2 - бульбашкової кипіння, 3 - конвективний теплообмін.

Найвищої і рівномірної охолоджуючої здатністю відрізняються холодні 8 - 12% водні розчини NaCl і NaOH.

Масло, як гартівна середовище має перевагу в порівнянні з охолодженням у воді.

Закаливаемость і прокаліваемость стали. Закаливаемость - здатність стали при загартуванню отримувати високу твердість, вона залежить від вмісту вуглецю, легуючі елементи чинять слабкий вплив на закаливаемость стали.

Прожарювана стали залежить від стійкості переохолодженого аустеніту, тобто від критичної швидкості гарту, а саме:

- складу аустеніту. Всі елементи, розчинні в аустеніт (крім кобальту) уповільнюють перетворення;

- нерозчинені частки (карбіди, оксиди, нітриди, интерметаллические включення) зменшують стійкість переохолодженого аустеніту, будучи центрами кристалізації;

- розмір зерна аустеніту. Чим більше розмір зерна аустеніту, тим більше він стійкий.

Критичний діаметр (dкр) - це максимальний діаметр циліндричного прутка, який прожарюється наскрізь в даному охолоджувачі. Чим інтенсивніше охолоджує гартівна середовище, тим більше величина критичного діаметра.

Чим вище повинна бути механічна міцність деталі, чим більше її перетин, тим більше значення мають прокаліваемость і поліпшення по всьому перетину. Прожарювана визначають методом торцевої гарту.

Внутрішні напруги. Розрізняють три типи внутрішніх напружень:

Напруги 1 роду - зональні внутрішня напруга, урівноважуючі у всьому виробі. Виникають при термічній обробці.

Напруги П роду виникають між різними фазами, внаслідок різних коефіцієнтів лінійного розширення цих фаз. Ці напруги називають структурними напруженнями.

Напруг Ш роду виникають всередині обсягу порядку декількох елементарних осередків (напр. Домішкові атоми, дислокації).

Всі напруги викликають однаковий ефект - пружні деформації і спотворення кристалічної решітки.

Найбільш істотними є напруги першого роду, які викликають жолоблення деталі, а також утворення тріщин в разі, коли внутрішня напруга за величиною перевершать межа міцності.

Теплові напруги після охолодження вироби розподіляються наступним чином: на поверхні - залишкові напруження стиску, а в серцевині - розтягування.

1.Непреривная гарт, тобто в одному охолоджувачі, яка отримала найбільш широке застосування.

2. Переривчаста (в двох середовищах). напр. вода → масло. У воді охолоджують до температури трохи вище Мн. а потім виріб переносять в масло.

3. Загартування з самоотпуском здійснюється шляхом переривання охолодження в гартівних середовищі, щоб в серцевині вироби збереглося ще деяка кількість тепла, яке в результаті теплообміну призводить до нагрівання поверхневих шарів (самоотпуск).

Температуру самоотпуска визначають за кольорами мінливості:

Цю загартування застосовують для таких інструментів, як зубила, кувалди, слюсарні молотки, керни, що працюють з ударними навантаженнями.

5. Изотермическая гарт на відміну від ступінчастою при цій загартуванню передбачена більш висока тривалість витримки вище Мн. при цьому утворюється структура нижнього бейнита. Застосовується, в основному, для легованих сталей. Так як розпад аустеніту не йде до кінця, то в структурі зберігається 10 - 20% залишкового аустеніту. При такій структурі досягається висока міцність при достатній в'язкості. Застосовується для виробів складної конфігурації.

В якості охолоджуючої середовища при ступінчастою і ізотермічної загартування застосовують розплавлені солі, а також лугу

Обробку холодом застосовують для сталей. в яких температура Мк лежить нижче нуля. Зниження температури до точки Мк (- 30) - (- 70 о) З викликає перетворення залишкового аустеніту, що підвищує твердість сталей на 1 - 3 НRС. При цьому підвищуються напруги, тому виріб негайно піддають відпустці.

Обробку холодом виконують відразу ж після гарту. Так як витримка перед відпусткою призводить до стабілізації аустеніту. Застосовують для вимірювальних інструментів, для пружин і деталей з цементуемих високолегованих сталей, що містять багато залишкового аустеніту.

Полягає в нагріванні загартованої сталі до температури нижче АС1. витримці і подальшого охолодження з певною швидкістю (зазвичай на повітрі). Відпустка - остаточна операція термообробки, в результаті якого сталь отримує необхідні механічні властивості; крім того повністю або частково усуваються залишкові напруги.

Середньотемпературна (середній) відпустку при температурах 350 - 500 о С. Застосовується головним чином для пружин, ресор, а також штампів. Структура після відпустки - троостіт відпустки, твердість НRС 40 - 50. Охолодження після відпустки при 400 - 450 ° С для пружин слід проводити в воді; виникають залишкові стискають напруги збільшують межа їх витривалості.

Високотемпературний (високий) відпустку проводять при 500 - 680 ° С, структура стали - сорбіт відпустки. При цьому створюється оптимальне поєднання міцності і в'язкості сталі. Загартування з високим відпусткою - поліпшення. Високий відпустку застосовують для конструкційних середньовуглецевих сталей (0,3 - 0,5% С), до яких пред'являються високі вимоги до межі текучості, межі витривалості і ударної в'язкості.

Найчастіше тривалість високого відпустки становить 1 - 6 годин в залежності від габаритних розмірів виробів. Щоб знизити флокеночувствітельноть тривалість високого відпустки збільшують до декількох годин.

Термомеханічна обробка стали (ТМО) - полягає в поєднанні пластичної деформації стали в аустенітному стані з її загартуванням. Розрізняють два основних способи ТМО.

Високотемпературна термомеханічна обробка (ВТМО) - сталь деформують при температурах вище точки А3 в аустенітному стані зі ступенем деформації 20 - 30%. Після деформації негайна гарт щоб уникнути розвитку процесу рекристалізації. ВТМО забезпечує великий запас пластичності і кращу конструктивну прочность6 підвищує ударну в'язкість при кімнатній і низькі температурах, знижує порігхладноломкості і чутливість до відпускної крихкості. Крім того при високих температурах деформація протікає при менших зусиллях і є більш технологічною.

Низькотемпературна термомеханічна обробка (НТМО) - сталь деформують в температурній зоні існування переохолодженого аустеніту в області його відносної стійкості (400 - 600 о С); температура деформації повинна бути вище точки Мн. але нижче температури рекристалізації Ступінь деформації становить зазвичай 75 - 95%. Загартування здійснюють відразу ж після деформації. При цьому одночасно з підвищенням міцності до 2600 - 3000МПа зберігається достатня пластичність.

Після гарту по обидва режимам відразу ж слід низькотемпературний відпустку (100 - 300 о С).

НТМО можна розглядати як холодну обробку тиском, тому що проводиться нижче температури рекристалізації. ВТМО забезпечує більший запас пластичності і кращу конструктивну міцність, підвищує ударну в'язкість. Знижує порігхладноломкості і чутливість до відпускної крихкості. ВТМО більш технологічна обробка.

Дефекти, що виникають при термічній обробці сталі. тріщини і викривлення.

Деформація і викривлення. Деформація обумовлена ​​напругою при ТО при нерівномірному охолодженні виробів. Несиметрична деформація - викривлення (повідця) викликана високою температурою нагріву і нерівномірністю нагріву, неправильним зануренням деталей в гартівну рідина і т.д.