Загартування - студопедія

Загартування проводиться для отримання у сталевих деталей приладів, механізмів і машин необхідних високих показників міцності, твердості, зносостійкості, пластичності і в'язкості, а у сталевого інструменту - заданих високих значень твердості, зносостійкості, міцності.

Зазначені властивості формуються при нагріванні виробів з доевтектоїдних сталей до температури на 30 ... 50 о С вище точки АС3. з заевтектоідних сталей - до температури на 30 ... 50 о С вище точки АС1. вуглецевих сталей - до температури на 100 ... 150 о С вище точки АС3 або АС1 (рис. 30). Таке нагрівання необхідний для отримання однофазної аустенітної структури доевтектоїдних сталей або двофазної цементитом-аустенітної структури заевтектоідних сталей або для розпаду карбідів і легування аустеніту структури легованих сталей.

Мал. 30. Температури нагріву для загартування вуглецевих доевтектоїдних
і заевтектоідних сталей

Тонкостінні вироби і деталі складної форми рекомендується спочатку прогрівати до температури 400 ... 600 ° С, а потім нагрівати до заданої температури гарту, що дозволяє зменшити термічну деформацію виробів. При досягненні заданої температури необхідна изотермическая витримка для прогріву всього обсягу вироби і протікання фазових перетворень.

Охолодження аустеніту при загартуванню має відбуватися з такою швидкістю, щоб в результаті розпаду аустеніту утворилися структури з заданими високими показниками властивостей. Процеси розпаду аустеніту залежать від ступеня його переохолодження по відношенню до температури Ar1 рівноважного розпаду. Сутність процесів найбільш повно проявляється в ізотермічних умовах для доевтектоїдної стали, що містить 0,8% С і характеризується С - діаграмою (рис.31).

За результатами експериментального дослідження ізотермічного розпаду аустеніту отримані крива 1. відображає вплив ступеня переохолодження на час початку дифузійного розпаду аустеніту з утворенням феррито-цементитной суміші, і крива 2. характеризує час закінчення дифузійного розпаду. Зліва від С-подібних кривих на діаграмі показана область стійкого існування переохолодженого, що не розпався аустеніту, між кривими знаходиться зона, відповідна протіканню процесів розпаду, праворуч від кривих розташована область одержані продуктів розпаду.

П е р л і т н о в и перетворення аустеніту відбувається при малих швидкостях охолодження (рис.31, зона I). Воно полягає в спільному процесі полиморфной перебудови кристалічної решітки Fe # 947; в решітку Fe # 945; і дифузійного перерозподілу вуглецю, в результаті чого утворюються пластинчасті частинки фериту і цементиту перлитной структури. Якщо охолодження відбувається дуже повільно, то переохолодження аустеніту виявляється невелика, і розпад починається при температурі близько 700 о С. При цьому дифузійні процеси проходять до кінця і виникає грубозерниста, грубопластінчатая рівноважна структура - перліт. Зі збільшенням швидкості охолодження аустеніт може переохолодитися до температури близько 600 ° С, коли дифузія трохи не встигає завершитися, і виникає мелкопластінчатим нерівноважна структура з підвищеною твердістю - сорбіт. У разі охолодження зі збільшеною швидкістю і переохолодження аустеніту до температур близько 550 о С дифузія набагато не доходить до кінця, за рахунок чого утворюється тонкопластінчатая тверда структура - троостіт.

де С- концентрація вуглецю в аустеніт, мас. %.

Мал. 33. Діаграма розпаду переохолодженого аустеніту при безперервному охолодженні

Стійкість аустеніту підвищується в вуглецевої сталі з ростом вмісту вуглецю, в легованих сталях - з ростом змісту карбидообразующих елементів. Графічно це відбивається на діаграмі ізотермічного перетворення як зрушення вправо З -образних кривих. Завдяки цьому критична швидкість загартування знижується так, що, наприклад, зі збільшенням концентрації вуглецю в стали від 0,3% до 1,3% критична швидкість зменшується від 800 о / с до 200 о / с.

Необхідна швидкість гарту забезпечується застосуванням таких гартівних середовищ, розташованих в порядку зростання інтенсивності охолодження: мінеральне масло, вода, водний розчин лугу, водний розчин солі.

До л і з сек і ф і до а ц і я способів загартування передбачає їх поділ на кілька основних видів залежно від призначення і режиму гарту: повна, неповна, переривчаста, ступінчаста, ізотермічна, поверхнева, обробка холодом.

Изотермическая гарт використовується з таким же нагріванням, як ступінчаста, а в кінці першого ступеня охолодження проводиться ізотермічна витримка виробів для протікання проміжного перетворення аустеніту з утворенням структури нижнього бейнита. Така структура поєднує високу твердість і достатню пластичність, що необхідно для додання найкращих якостей виробам з високовуглецевих і легованих сталей.

Нагрівання поверхні виробів найчастіше виробляють індукційним методом, розміщуючи вироби всередині індуктора, виготовленого у вигляді одного або декількох витків мідної, водоохлаждаемой трубки, приєднаної до генератора змінного струму високої частоти. Протікає по індуктора струм створює змінне високочастотне магнітне поле, силові лінії якого перетинають виріб. Завдяки явищу індукції в ньому виникають вихрові струми, щільність яких внаслідок поверхневого ефекту стає найбільшою в поверхневому шарі. Відповідно до закону Джоуля-Ленца тут виділяється тепло так, що товщина шару Х в мм, що нагрівається вихровими струмами, відповідає виразу:

де # 961; - питомий електричний опір нагрівається металу,

# 956; - магнітна проникність металу,

f - частота струму.

З цього виразу випливає, що для сталевих виробів отримання загартованого шару завтовшки 1 мм вимагає застосування струму частотою 60 кГц, для товщини 2 мм необхідна частота 15 кГц, для товщина 4 мм - 4 кГц. Застосування великий питомої потужності вихрових струмів забезпечує високу швидкість нагріву (до 500 о / с), тому тепло не встигає поширитися вглиб, і товщина нагрівається шару визначає глибину загартування.

Температура нагріву при індукційному гартуванню є вищою, ніж для умов звичайної гарту з нагріванням в печі. Це пов'язано з тим, що при високій швидкості індукційного нагріву аустенитное перетворення завершується в області більш високих температур. Так, якщо при пічному нагріванні під загартування стали 40 зі швидкістю 3 о / с потрібно температура 850 о С, то при індукційному нагріванні необхідна температура 1000 о С.

Охолодження при індукційному гартуванню проводиться зануренням виробів в масло або окропленням водою або водними розчинами за допомогою душового пристрою - спрейера.