Основи термічної обробки

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Основи термічної обробки
 
ТЕОРІЯ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ
Термічною обробкою називають технологічні процеси теплового впливу, що складаються з нагріву, витримки та охолодження металевих виробів за певними режимами з метою зміни структури і властивостей сплаву.
Будь-який процес термічної обробки може бути описаний графіком в координатах температура - час (рис. 30). Параметрами процесу термічної обробки є максимальна температура нагрівання (t max) сплаву; час витримки (τ k) сплаву при температурі нагріву; швидкість нагріву (V н) і охолодження (V o). На практиці зазвичай підраховують середню швидкість нагріву чи охолодження. Вона дорівнює максимальній температурі нагріву, поділеної на час нагрівання або охолодження, тобто Vн.ср = t max / Τ н і
Vо.cp = t max / τ o.

Рис 30 Графік термічної обробки
За класифікацією Бочвара А.А. розрізняють чотири основних види термічної обробки: 1) відпал 1 роду, 2) відпал 2 роди, 3) гарт, 4) відпустку
А-загальна сжема; б - відпал 2 роди, 3 - загартування; г відпустку
Відпал 1 роду - не обумовлений фазовими перетвореннями у твердому стані;
А0 підвищується рухливість атомів;
Б) частково іполностью усуває хімічну неоднорідність;
В0 зменшує внутрішню напругу, таким чином сприяючи отриманню більш рівномірного стану
Основне значення - температури нагріву і час витримки.
Види відпалу.
Дифузійний (гомогенізований) для усунення хімічної неоднорідності завдяки дифузії, швидкість котоорого завмсіт від температцри Е = 0,8 - 0.9 Т пл
Час-визначається досвідченим шляхом
10 дифузійний;
2) повний;
3) ізотермічний;
4) неповний;
5) сфероіздізірующій;
J рекрісталлізаціонний
Рекрісталлізаціонний відпал
Застосовують після холодної пластичної деформації (холодної обробки тиском) для зняття наклепу і отримання рівноважного стану сплаву.
У результатае рекристалізації в деформується металі утворюються нові зерна, знімається напруження і відновлюється пластичність металу.
Відпал для зняття напруг, виникають під час кування, зварювання, лиття тощо, котрі можуть викликати викривлення, тобто зміна форми, розмірів і навіть руйнування виробів.
Відпал 2 роди-фазові перетворення при нагріванні й охолодженні
α → β β → α
нагрівання охолодження
α → β → α
Для сплавів - 1) поліморфні;
20 евтектоїдних;
3) перетектоідние перетворення
Термічна обробка змінює в потрібному напрямку міцнісні, пластичні та інші властивості матеріалу виробів.
В основі теорії термічної обробки лежать фазові та структурні перетворення, що протікають при нагріванні та охолодженні металів і сплавів. Ці перетворення характеризуються певними критичними точками. При повільному нагріванні від кімнатної температури до 727 ° С у сплаві I фазових змін не відбувається (рис. 31).

Рис. 31. «Сталева» ділянку діаграми стану залізо-цементит:
1 - доевтектоїдних сталь, II - евтектоїдних сталь, III - заевтектоідная сталь
При температурі 727 ° С перліт перетворюється на аустеніт (точка а). Крапку а) на діаграмі називають нижньою критичною точкою і позначають Ac 1 (при охолодженні - Ar 1). Букви з та м вказують на те, що перетворення відбувається відповідно при нагріванні чи охолодженні стали, а індекс одиниця внизу цих букв - на точки, що утворюють лінію PSK. При подальшому нагріванні сплаву 1 зерна фериту растворяются_в аустеніті.
Розчинення аустеніту закінчується в точці a 1 (лінія GS), яку називають верхньою критичною точкою і позначають при нагріванні Ас 3, охолодженні Аг 3.
Якщо нагрівати евтектоїдних сплав II, то перліт в точці S (лінія PSK) при 727 ° С перетворюється на аустеніт. Критичні точки Ac 1 і Ac 3 при цьому збігаються.
Перліт сплаву III при 727 ° С перетворюється на аустеніт (точка b). Подальший нагрів сплаву III викликає розчинення цементиту (вторинного) в аустеніт. У точці b 1 лежить на лінії SE, процес розчинення закінчується. Цю точку позначають А cm.
Таким чином, на діаграмі залізо - цементит критичні точки, що утворюють лінію PSK, позначають A з 1 (при нагріванні) і Ar 1 (при охолодженні), точки по лінії GS - Ас 3 та Аг 3, по лінії SE - А cm. Знання критичних точок полегшує вивчення процесів термічної обробки сталей.
Перетворення в сталі при нагріванні.
Нагрівання стали при термічній обробці використовують для отримання аустеніту. Структура доевтектоїдних сталі при нагріванні її до критичної точки Ac 1 складається із зерен перліту і фериту. У точці Ac 1 відбувається перетворення перліту в дрібнозернистий аустеніт. При подальшому нагріванні від точки Ac 1 до Ас 3 надлишковий ферит розчиняється в аустеніт і в точці Ас 3 (лінія GS) перетворення закінчуються. Вище точки Ас 3 структура сталі складається з аустеніту.
Таким же чином відбуваються перетворення при нагріванні заевтектоідной сталі, але з тією лише різницею, що при подальшому підвищенні температури від точки Ac 1 до точки А cm в аустеніт починає розчинятися надлишковий цементит (вторинний). Вище точки А cm (лінія SE) структура складається тільки з аустеніту. Знову утворився аустеніт неоднорідний навіть в обсязі одного зерна. У тих місцях, де раніше були платівки цементиту, вміст вуглецю значно більше, ніж у тих місцях, де знаходилися платівки фериту.
Для вирівнювання хімічного складу і отримання однорідного аустеніту доевтектоїдних сталь нагрівають трохи вище верхньої критичної точки Ас 3 та витримують якийсь час при цій температурі для завершення діффузнойних процесів.
Після закінчення процесу перетворення перліту в аустеніт утворюється велика кількість дрібних аустенітних зерен. Ці зерна називають початковими зернами аустеніту.
Подальший нагрів сталі або збільшення витримки призводить до зростання аустенітного зерна. Розмір зерна, отриманий в сталі в результаті тієї або іншої термічної обробки, називають дійсним зерном. Величина такого зерна залежить не тільки від термічної обробки, але і від способу виплавки сталі. Однак схильність до зростання аустенітних зерен з підвищенням температури нагріву різна. Стали, розкислення в процесі плавки кремнієм і марганцем, володіють великою схильністю до безперервного росту зерен аустеніту при підвищенні температури. Такі стали називають спадково грубозернистими. До них відносять киплячі сталі.
Стали, раскислюють у процесі виплавки додатково алюмінієм і особливо леговані титаном або ванадієм, мало схильні до зростання зерна аустеніту при нагріванні до 950 - 1000 ° С. Такі стали називають спадково дрібнозернистими. До них відносять спокійні сталі.
Розмір спадкового зерна не робить впливу на властивості сталі. Від розміру дійсного зерна залежать механічні властивості стали, головним чином ударна в'язкість, вона значно знижується зі збільшенням розміру зерна. Розмір дійсного зерна в сталі залежить від розміру зерна аустеніту. Як правило, чим більше зерна аустеніту, тим крупніше дійсні зерна.
Розмір спадкового зерна впливає на технологічні властивості сталі. Якщо сталь спадково дрібнозерниста, то її можна нагрівати до більш високої температури і витримувати при ній більш тривалий час, не побоюючись надмірного зростання зерна порівняно з спадково грубозернистої сталлю. Гарячу обробку тиском - прокатку, ковку, об'ємну штампування спадково дрібнозернистої сталі - можна починати і закінчувати при більш високій температурі, не побоюючись отримання грубозернистої структури.
Для визначення розміру спадкового (аустенітного) зерна застосовують різні методи. Наприклад, для низьковуглецевих цементуємих сталей застосовують метод цементації, тобто коксування поверхні сталі. При нагріванні стали до 930 ± 10 ° C у вуглець суміші і витримці при даній температурі протягом 8 год поверхневий шар її насичується вуглецем до заевтектоідного складу. При охолодженні з аустеніту виділяється надлишкова цементит, який розташовується на межі зерен аустеніту у вигляді сітки. Після повного охолодження ця цементітную сітка оточує зерна перліту і показує розмір колишнього при нагріванні аустенітного зерна. Підготовлену таким чином структуру сталі розглядають у мікроскоп при 100 х збільшення, видимі під мікроскопом зерна порівнюють з еталонними, передбаченими стандартної шкалою розмірів зерна (рис. 32). Зерна від № 1 до № 4 вважають великими, а з № 5 - дрібними.

Рис. 32. Шкала для визначення розміру зерна: 1-10 - номери зерен при 100 х збільшенні
Перетворення в сталі при охолодженні. Аустеніт є стійким тільки при температурі вище 727 ° С (точка Ar 1). При охолодженні стали, попередньо нагрітій до аустенітного стану (нижче точки, Аr 1), аустсніт стає нестійким - починається його перетворення. Таке перетворення може початися тільки лише при деякому переохолодженні аустеніту. Для випадку евтектоїдних вуглецевої сталі аустеніт перетвориться на перліт, тобто в механічну суміш фериту і цементиту. При цьому, з одного боку, чим нижче температура перетворення, тим більше переохолодження і тим швидше буде відбуватися перетворення аустеніту в перліт. З іншого боку, це перетворення супроводжується дифузійним перерозподілом вуглецю і чим нижче температура переохолодження, тим повільніше протікає процес дифузії, що в свою чергу уповільнює перетворення аустеніту в перліт. Таке протилежну дію обох названих чинників (переохолодження та дифузії) призводить до того, що спочатку зі збільшенням переохолодження швидкість перетворення зростає, досягаючи при певній величині переохолодження максимуму, а потім убуває.
Процес перетворення аустеніту в перліт експериментально проводять при постійній температурі, тобто в ізотермічних умовах. Для цього зразки зі сталі нагрівають до температури, при якій її структура складається з однорідного аустеніту, а потім швидко переносять в термостати з заданою температурою.
ВІДПАЛ І НОРМАЛИЗАЦИЯ
Відпал. Це процес термічної обробки, що складається в нагріві стали до певної температури, витримці при ній і наступному повільному охолодженні з метою отримання більш рівноважної структури. Особливістю відпалу є повільне охолодження.
У залежності від того, які властивості стали потрібно отримати, застосовують різні види відпалу (рис. 39): 1 - дифузійний; 2 - повний; 3 - ізотермічний; 4 - неповний, 5 - сфероідізірующій; 6 - рекрісталлізаціонний.

Рис. 39. Режими різних видів відпалу

Дифузійний відпал (гомогенізований) - застосовують для зменшення хімічної неоднорідності сталевих злитків і фасонних виливків. Злитки (виливка), особливо з легованої сталі, мають неоднорідне будову. Неоднорідність будови зумовлена ​​карбідної і дендритная ізоляція, тому що в місцях утворення карбідів або в середній частині дендритів виникають скупчення легуючих елементів. Для вирівнювання хімічного складу злиток або виливок нагрівають до високої температури, при якій атоми елементів набувають більшої рухливості. Завдяки цьому відбувається переміщення атомів з місць з більшою концентрацією хімічних елементів в місця з меншою концентрацією. У результаті такої дифузії забезпечується вирівнювання хімічного складу злитку або відливання за обсягом.
Для забезпечення необхідної швидкості дифузії атомів відпал стали проводять при високій температурі (1100-1200 ° С) з витримкою 10 - 20 год (мал. 39, крива 1).
Повний відпал (мал. 39, крива 2) застосовують для доевтектоїдних стали в основному після гарячої обробки поковок тиском і виливків з метою подрібнення зерна і зняття внутрішніх напружень. Це досягається нагріванням сталі на 30 - 50 ° С вище верхньої критичної точки Ас 3 та повільним охолодженням.
При нагріванні стали вище температури Ас 3 перліт перетворюється на аустеніт. Це відбувається шляхом освіти у початковій стадії найдрібніших зародків кристалів аустеніту і поступового їх зростання в міру підвищення температури. При невеликому перевищенні температури Ас 3 (на 30 - 50 ° С) утворилися кристали аустеніту залишаються ще дрібними. Надалі, при охолодженні нижче температури Ac 1, утворюється однорідна дрібнозерниста структура ферритно-перлітного типу. При цьому в межах одного аустенітного зерна виникає кілька перлітним зерен, які значно дрібніші, ніж аустенитное зерно, з якого вони утворилися.
Температуру нагрівання деталей, виготовлених з вуглецевих сталей, визначають за діаграмою стану, а для легованих сталей - по положенню їх критичної точки Ас 3, наявної в довідкових таблицях.
Час витримки при відпалі складається з часу, необхідного для повного прогріву деталі, і часу, потрібного для закінчення структурних перетворень.
Неповний відпал (мал. 39, крива 4) забезпечується при нагріванні виробів з заевтектоідной стали вище температури Ас 1 на 30 - 50 ° С, витримці і подальшому повільному охолодженні.
При неповному відпалі відбувається зняття внутрішніх напружень, зниження твердості, підвищення пластичності, поліпшення оброблюваності різанням. Оскільки температура нагріву потрібна менша, ніж при повному відпалі, то на обробку витрачається менше часу і теплоти, що забезпечує економічність процесу.
Неповного відпалу піддають високовуглецеві заевтектоідние сталі і сталі інструментальні, шарикопідшипникові та ін
Ізотермічний відпал (рис. 39. Крива 3) відрізняється від інших видів відпалу тим, що розпад аустеніту на ферритно-цементітную-суміш відбувається при постійній температурі. При інших видах відпалу такий розпад відбувається в період охолодження в умовах безперервного зниження температури. Після того як вже відбувся розпад аустеніту, швидкість охолодження не має істотного значення, і тому охолодження після ізотермічної витримки можна проводити на повітрі.
Ізотермічний відпал полягає в тому, що сталь нагрівають до температури на 30 - 50 ° С вище точки Ас 3 (конструкційні сталі) і вище точки Ac 1 на 50 - 100 ° С (інструментальні сталі). Після витримки сталь повільно охолоджують у розплавленої солі до температури трохи нижче точки Ar 1 (680-700 ° С). При цій температурі сталь піддають ізотермічної витримки до повного перетворення аустеніту в перліт, а потім охолоджують на спокійному повітрі. Ізотермічний відпал скорочує тривалість термічної обробки невеликих за розмірами виробів з легованих сталей в 2 - 3 рази у порівнянні з повним відпалом. Для великих виробів такого виграшу за часом не виходить, тому що потрібний великий час для вирівнювання температури за обсягом вироби. Ізотермічний відпал є кращим способом зниження твердості і поліпшення оброблюваності різанням складнолегованих сталей, наприклад 18Х2НЧВА.
Сфероідізірующій відпал (мал. 39, крива 5) забезпечує перетворення пластинчастого перліту в зернистий, сфероідізірованний. Це покращує обрабативамость сталей різанням.
Відпал на зернистий перліт виробляють по режиму: нагрівання стали трохи вище точки Ac 1 з наступним охолодженням спочатку до 700 ° С. потім до 550-600 ° С і далі на повітрі. Сфероідізірующій відпал застосовують для сталей, що містять більше 0,65% вуглецю, наприклад шарикопідшипникові сталі типу ШХ15.
Рекрісталлізаціонний відпал (мал. 39, крива 6) застосовують для зняття наклепу, викликаного пластичною деформацією металу при холодній прокатці, волочіння або штампуванні. Наклепом називають зміцнення металу, що з'являється в результаті холодної пластичної деформації металу.
При холодній прокатці, штампування, волочіння зерна металу деформуються, дробляться. Це підвищує твердість металу, знижує його пластичність і викликає крихкість. У цьому й полягає сутність наклепу.
Рекрісталлізаціонний відпал виконують шляхом нагрівання до температури нижче Ас 1 (650 - 700 ° С), витримки і подальшого уповільненої охолодження. При нагріванні металу до 650 - 700 ° С (рекрісталлізаціонний відпал) зростає дифузійна рухливість атомів і в твердому стані відбуваються вторинні кристалізаційні процеси (рекристалізація). На кордонах деформованих зерен виникають нові центри кристалізації, навколо яких заново будується решітка. Замість старих деформованих зерен виростають нові равноосная зерна і деформована структура повністю зникає. При цьому відновлюються первісна структура і властивості металу.
Нормалізація. Термічну операцію, при якій сталь нагрівають до температури на 30-50 ° С вище верхніх критичних точок Ас 3 до А см, потім витримують при цій температурі і охолоджують на спокійному повітрі, називають нормалізацією). При нормалізації зменшуються внутрішні напруги, відбувається перекристалізація стали, подрібнюються грубозернисту структуру металу зварних швів, виливків або поковок.
Нормалізація сталі в порівнянні з відпалом є більш коротким процесом термічної обробки, а отже, і більш продуктивним. Тому вуглецеві і низьколеговані сталі піддають, як правило, не відпалу, а нормалізації.
З підвищенням вмісту вуглецю в сталі збільшується різниця у властивостях між відпалений і нормалізованої сталлю. Для сталей, що містять до 0,2% вуглецю, краще нормалізація. Для сталей, що містять 0,3 - 0,4% вуглецю, при нормалізації в порівнянні з відпалом істотно збільшується твердість, що необхідно враховувати. Тому нормалізація не завжди може замінити відпал.
Сплави після нормалізації набувають дрібнозернисту структуру і трохи більшу міцність і твердість, ніж при відпалі. Нормалізацію застосовують для виправлення грубозернистої структури, поліпшення оброблюваності стали різанням, поліпшення структури перед загартуванням. У заевтектоідной стали нормалізація усуває сітку вторинного цементиту.
Загартовує та відпускає
Загартування. Це процес термічної обробки, при якій сталь нагрівають до оптимальної температури, витримують при цій температурі і потім швидко охолоджують з метою отримання нерівноважної структури. У результаті загартування-підвищується міцність і твердість і знижується пластичність конструкційних і інструментальних сталей і сплавів. Якість гарту залежить від температури і швидкості нагріву, часу витримки та охолодження. Основними параметрами гарту є температура нагріву і швидкість охолодження.
Швидкість нагріву і час витримки залежать від хімічного складу сталі, розмірів, маси і конфігурації гартованих деталей, типу нагрівальних печей і нагрівальною середовища. Чим більше розміри і складніше конфігурація гартованих деталей, тим повільніше відбувається нагрів. Деталі з високовуглецевих і легованих сталей, що мають знижену теплопровідність, нагрівають повільно і з більш тривалою витримкою при нагріванні в порівнянні з деталями з низьковуглецевих сталей. Це робиться для того, щоб зменшити деформацію деталей при нагріванні.
Швидкість нагріву і тривалість витримки визначають експериментально або за технологічними картами, в яких вказують температуру, час нагрівання для кожного виду деталей чи інструментів. Орієнтовно час нагрівання в електричних печах беруть 1,5-2 хв на 1 мм перерізу вироби.
Обладнанням для нагріву стали служать нагрівальні термічні печі і печі-ванни, які поділяють на електричні та паливні, що обігріваються за рахунок згоряння палива (газу, мазуту, вугілля та ін.)
Середовищем, в якій нагрівають сталь, є у печах - газове середовище (повітря, продукти згоряння палива), нейтральний газ; у печах - ваннах - мінеральні масла, розплавлені солі і метали.
Гартівні середовища (вода, масло) діють наступним чином. На першому етапі, у момент занурення вироби в гартівних середу, навколо вироби утворюється плівка перегрітого пара (парова сорочка). Через шар парової сорочки охолодження виробу відбувається відносно повільно. Це етап плівкового кипіння. Потім парова сорочка розривається і охолоджуюча рідина починає кипіти на поверхні виробу. Це етап пухирчастого кипіння. На цьому другому етапі охолодження виробу відбувається швидко. Коли температура поверхні виробу стане нижче температури кипіння рідини, рідина не кипить і охолодження вироби сповільниться. Це третій етап - етап конвективного теплообміну. Чим ширше інтервал етапу пухирчастого кипіння, тим інтенсивніше охолоджує сталь гартівних рідина.

ДЕФЕКТИ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ
Дефекти при відпалі і нормалізації. У процесі відпалу і нормалізації можуть виникнути такі дефекти: окислювання, обезуглероживание, перегрів і перепал металу.
При нагріванні в полум'яних печах поверхню сталевих деталей взаємодіє з пічними газами. У результаті метал окислюється і на деталях утворюється окалина - хімічна сполука металу з киснем. З підвищенням температури та збільшенням часу витримки окислення різко зростає. Освіта окалини не тільки викликає чад (втрату) металу на окалину, але і пошкоджує поверхню в деталей. Поверхню сталі під окалиною виходить роз `і нерівною, що ускладнює і обробку металу ріжучим інструментом.
Окалину з поверхні деталей видаляють травленням в розчині сірчаної кислоти у воді, очищенням в дробоструминних установках або галтовку в барабанах.
Обезуглероживание, тобто вигоряння вуглецю з поверхні деталей, відбувається при   окисленні сталі. Обезуглероживание різко знижує міцнісні властивості конструкційної сталі. Крім того, обезуглероживание.поверхности може викликати утворення гартівних тріщин і викривлення (повідця деталі).
Для запобігання деталей від окислення, а отже, і від зневуглецювання при відпалі, нормалізації і загартуванню застосовують безокіслітельние (захисні) гази, які вводять в робочий простір печі.
При нагріванні стали вище визначених температур і тривалих витримках в ній відбувається швидке зростання зерен, що веде до виникнення крупнокристаллической структури. Це явище називають перегрівом. Перегрів веде до зниження пластичних властивостей сталі. У перегрітої стали при гарті утворюються тріщини. Перегрів металу може бути виправлений наступною термічною обробкою - відпалом або нормалізацією.
Перепал виходить в результаті тривалого перебування металу в печі при високій температурі, близької до температури плавлення. Фізична сутність перепалу полягає в тому, що кисень з навколишнього атмосфери при високій температурі проникає в глиб нагрівається металу і окисляє границі зерен. В результаті окислення кордонів зерен механічний зв'язок між зернами слабшає, метал втрачає пластичність і стає крихким. Перепал є невиправним браком.
Дефекти при загартуванню. В процесі нагріву під загартування і при загартуванню можуть з'являтися такі дефекти: тріщини, деформація і викривлення, обезуглероживание, м'які плями і низька твердість.
Гартівні тріщини - це невиправний брак, що утворюється в процесі термічної обробки. Вони є наслідком виникнення великих внутрішніх напружень. У штампах великих розмірів гартівні тріщини можуть з'являтися навіть при загартуванні в маслі. Тому штампи доцільно охолоджувати до 150 - 200 ° С з швидким подальшим відпусткою.
Тріщини виникають при неправильному нагріванні (перегрів) і великій швидкості охолодження в деталях, конструкція яких має різкі переходи поверхонь, грубі ризики, що залишилися після механічної обробки, гострі кути, тонкі стінки і т д.
Гартівні тріщини, зазвичай розташовані в кутах деталей чи інструментів, мають дугоподібний або звивистий вигляд.
Деформація і викривлення деталей відбуваються в результаті нерівномірних структурних та пов'язаних з ними об'ємних перетворень, що обумовлюють виникнення внутрішніх напружень в металі при нагріванні та охолодженні.
При загартуванні стали жолоблення деталей може відбуватися і без. значних об'ємних змін в результаті нерівномірного нагрівання й охолодження. Якщо, наприклад, деталь невеликого перерізу і великої довжини нагрівати тільки з одного боку, то вона згинається. При цьому нагрівається сторона деталі подовжується і стає опуклою, а її протилежна сторона - увігнутою. Нагрівати і охолоджувати деталі при загартуванню слід рівномірно.
При зануренні деталей і інструменту в гартівних середу треба враховувати їх форму та розміри. Деталі, що мають товсті і тонкі частини, занурюють в гартівних середу спочатку товстої частиною, довгі деталі (штоки, протягання, свердла, мітчики і т. д.) опускають в строго вертикальному положенні, а тонкі плоскі (диски, відрізні фрези, пластинки і ін .) - ребром.
Окислення і зневуглецювання відбувається в основному при нагріванні під загартування від взаємодії пічних газів або розплавлених солей з поверхневими шарами деталі. Цей дефект особливо небезпечний на ріжучому інструменті, так як він у декілька разів знижує його стійкість.
Окислення і зневуглецювання поверхні. Вироби-попереджається суворим дотриманням встановленого режиму термічної обробки, а також нагріванням у середовищі нейтральних газів (азот, аргон).
М'які плями - це ділянки на поверхні деталі або інструмента зі зниженою твердістю. Такі дефекти утворюються при гарті в процесі охолодження в гартівних середовищі, коли на поверхні деталі була окалина, сліди забруднень і ділянки з обезуглероженной поверхнею, а також у разі недостатньо швидкого руху деталі в гартівних середовищі і утворення на поверхні деталі парової сорочки.
Низька твердість найчастіше спостерігається при загартуванню інструменту. Причинами низької твердості є недостатньо швидке охолодження в гартівних-середовищі, низька температура гарту, а так само недостатня витримка при нагріванні під загартування. Для виправлення цього дефекту деталь слід піддати високому відпуску і знову загартувати.
Перегрів деталей під загартування збільшує зернистість металу і, отже, погіршує його механічні властивості. Метал набуває підвищену крихкість. Для повторної гартування деталей їх слід піддати отжигу для подрібнення зерна.
Недогрів виходить в тому випадку, якщо температура гарту була нижчою, критичної точки Ас 3 (для доевтектоїдних сталей) і Ас 1 (заевтектоідних сталей). Недогрів виправляють відпалом, після якого деталь знову гартують.

Термомеханічні ОБРОБКА СТАЛИ
Термомеханічна обробка (ТМО) - новий метод зміцнення сталі при збереженні достатньої пластичності, що суміщає пластичну деформацію і зміцнюючих термічну обробку (гарт і відпустка). При ТМО деформації піддають сталь в аустенітній стані, а при наступному швидкому охолодженні формування структури загартованої сталі (мартенситу) відбувається в умовах наклепу аустеніту, у зв'язку з чим і підвищуються механічні властивості сталі. Пластичне деформування при ТМО можливо прокаткою, куванням, штампуванням та іншими способами обробки металів тиском. Розрізняють два способи термомеханічної обробки - високотемпературну (ВТМО) і низькотемпературну (НТМО).
Хіміко-термічна обробка І Поверхневе зміцнення СТАЛИ
Хіміко-термічна обробка - процес хімічного і термічного впливу на поверхню шар сталі з метою зміни складу, структури і властивостей. Хіміко-термічна обробка підвищує твердість поверхні сталі, її зносостійкість, корозійну стійкість, кислотоустойчивость та інші властивості. Хіміко-термічна обробка знайшла широке застосування в машинобудуванні, так як є одним з найбільш ефективних методів зміцнення сталевих деталей для підвищення їх довговічності.
Хіміко-термічній обробці можна піддавати різні за розмірами і формою деталі і отримувати оброблений шар однакової товщини. При хіміко-термічній обробці за рахунок зміни хімічного складу, поверхневого шару досягається велика різниця властивостей поверхні і серцевини деталі. Недоліком процесів хіміко-термічної обробки є їх мала продуктивність.
Хіміко-термічна обробка полягає в дифузії атомів різних хімічних елементів в кристалічну решітку заліза при нагріванні в середовищі, що містить ці елементи.
Хіміко-термічна обробка складається з трьох процесів: дисоціації - отримання насичує елемента в активному атомарному стані:
2 NH 3 = 2N + 3H 2; СН 4 = С + 2Н і т. д.;
абсорбції - поглинання активних атомів насичує елемента поверхнею металу; дифузії - переміщення атомів насичує елемента з поверхні в глиб металу.
Найбільш поширеними видами хіміко-термічної обробки є цементація (насичення поверхневого шару вуглецем), ціанування (вуглецем і азотом), борирование (бором), алітування (алюмінієм) та ін
Цементація - процес хіміко-термічної обробки, що полягає в дифузійному насиченні поверхневого шару вуглецем при нагріванні у відповідному середовищі. Цементація надає поверхневому шару високу твердість-і зносостійкість, підвищує межу витривалості при згині і крученні. Цементують деталі, що працюють в умовах тертя, при великих тисках і циклічних навантаженнях - шестерні, поршневі пальці, розподільні вали і ін

Азотування - процес хіміко-термічної обробки, що полягає в насиченні поверхневого шару азотом для надання цій стійкості проти корозії.

Твердість азотированного шару вище, ніж цементованного, і зберігається до вислкіх температур 400 - 600 0 С, тоді як твердість цементованого шару з мартенситова структурою зберігається лише до 200 - 250 о С.
Нітроцементація - процес хіміко-термічної обробки, що полягає в насиченні поверхневого шару одночасно азотом і вуглецем в газовому середовищі.
Ціанування - процес хіміко-термічної обробки, що полягає в насиченні поверхневого шару одночасно азотом і вуглецем в розплавлених солях, що містять ціаністий натрій NaCN.
Борирование - процес хіміко-терміческоі обробки, що полягає в насиченні поверхневого шару бором при нагріванні в борсодержащих середовищі (бура, треххлорістий бор та ін.)
Алітування - це процес дифузійного насичення поверхневого шару сталі, що містить 6,1 - 0,2% З алюмінієм.
Хромування - це процес дифузійного насичення поверхневого шару хромом.
Поверхневе зміцнення сталі.
Для підвищення твердості поверхневих шарів, межі витривалості і опірності стирання багато деталей машин піддають поверхневому зміцненню. Існує три основні методи поверхневого зміцнення: поверхнева гарт, зміцнення пластичним деформуванням і розглянута вище хіміко-термічна обробка.
Основне призначення поверхневого гарту - підвищення твердості, зносостійкості і межі витривалості різноманітних деталей (зубів шестерень, шийок валів (рис. 46), напрямних станин металорізальних верстатів та ін.) Серцевина деталі після поверхневого гарту залишається в'язкою і добре сприймає ударні та інші навантаження. У промисловості застосовують такі способи поверхневого гарту: газополум'яної загартування; загартування з індукційним нагріванням струмами високої частоти (ТВЧ); загартування в електроліті. Спільним для всіх способів поверхневого гарту є нагрівання поверхневого шару деталі до температури вище критичної точки Ас 3 з наступним швидким охолодженням для отримання мартенситу.

Рис. 46. Колінчастий вал, загартований ТВЧ:
I - низька серцевина валу, 2 - загартована шийка, 3 - загартована жолобник
Контрольні в опитування
1. Розкажіть про перетвореннях, що відбуваються в сталі при її нагріві і охолодженні.
2. Що являє собою мартенситно структура загартованої сталі?
3. Назвіть основні види термічної обробки.
4. Дайте визначення закаліваемості і прокаливаемости сталі.
5. Перелічіть основні дефекти термічної обробки.
6. Розкажіть про термомеханічної обробки сталі. ?
7. У чому сутність хіміко-термічної обробки сталі?
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Доповідь
61кб. | скачати


Схожі роботи:
Технологічний процес термічної обробки сталей
Розробка технології термічної обробки напівмуфти
Основні види термічної обробки сталі
Печі нагрівальні для термічної обробки
Проект ділянки термічної обробки дискових фрез
Розробка технологічного процесу термічної обробки деталі
Технологія термічної обробки різців з швидкорізальної сталі
Технічний проект ділянки термічної обробки шевера
Розробка технологічного процесу термічної обробки деталі зі сталі марки 20ХНР
© Усі права захищені
написати до нас