Технологические особенности и возможности закалки и отпуска

Территория рекламы

Закалка

Конструкционные стали подвергают закалке и отпуску для повышения прочности и твердости, получения высокой пластичности, вязкости и высокой износостойкости, а инструментальные – для повышения твердости и износостойкости.

Верхний предел температур нагрева для заэвтектоидных сталей ограничивается, так как приводит к росту зерна, что снижает прочность и сопротивление хрупкому разрушению.

Основными параметрами являются температура нагрева и скорость охлаждения. Продолжительность нагрева зависит от нагревательного устройства, по опытным данным на 1 мм сечения затрачивается: в электрической печи – 1,5…2 мин.; в пламенной печи – 1 мин.; в соляной ванне – 0,5 мин.; в свинцовой ванне – 0,1…0,15 мин.

По температуре нагрева различают виды закалки:

– полная, с температурой нагрева на 30…50°C выше критической температуры А3

.

Применяют ее для доэвтектоидных сталей. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении происходят по схеме:

.

Неполная закалка доэвтектоидных сталей недопустима, так как в структуре остается мягкий феррит. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении происходят по схеме:

– неполная с температурой нагрева на 30…50 °C выше критической температуры А1

Применяется для заэвтектоидных сталей. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении происходят по схеме:

.

После охлаждения в структуре остается вторичный цементит, который повышает твердость и износостойкость режущего инструмента.

После полной закалки заэвтектоидных сталей получают дефектную структуру грубоигольчатого мартенсита.

Заэвтектоидные стали перед закалкой обязательно подвергают отжигу – сфероидизации, чтобы цементит имел зернистую форму.

Охлаждение при закалке.

Для получения требуемой структуры изделия охлаждают с различной скоростью, которая в большой степени определяется охлаждающей средой, формой изделия и теплопроводностью стали.

Режим охлаждения должен исключить возникновение больших закалочных напряжений. При высоких скоростях охлаждения при закалке возникают внутренние напряжения, которые могут привести к короблению и растрескиванию.

Внутренние напряжения, уравновешиваемые в пределах макроскопических частей тела, называются напряжениями I рода. Они ответственны за искажение формы (коробление) и образование трещин при термообработке. Причинами возникновения напряжений являются:

  • различие температуры по сечению изделия при охлаждении;
  • разновременное протекание фазовых превращений в разных участках изделия.

Для предупреждения образования трещин необходимо избегать растягивающих напряжений в поверхностных слоях изделия. На характер распределения напряжений при закалке, помимо режима охлаждения, оказывает влияние и температура нагрева под закалку. Перегрев содействует образованию закалочных трещин, увеличивает деформации.

Режим охлаждения должен также обеспечить необходимую глубину закаленного слоя.

Оптимальный режим охлаждения: максимальная скорость охлаждения в интервале температур А1 - MН, для предотвращения распада переохлажденного аустенита в области перлитного превращения, и минимальная скорость охлаждения в интервале температур мартенситного превращения MН - MК, с целью снижения остаточных напряжений и возможности образования трещин. Очень медленное охлаждение может привести к частичному отпуску мартенсита и увеличению количества аустенита остаточного, а следовательно к снижению твердости.

В качестве охлаждающих сред при закалке используют воду при различных температурах, технические масла, растворы солей и щелочей, расплавленные металлы.

Вода имеет существенный недостаток: высокая скорость охлаждения в интервале мартенситного превращения приводит к образованию закалочных дефектов. С повышением температуры воды ухудшается ее закалочная способность.

Наиболее высокой и равномерной охлаждающей способностью отличаются холодные 8…12 %-ные водные растворы NaCl и NaOH. Они мгновенно разрушают паровую рубашку и охлаждение происходит более равномерно и на стадии пузырькового кипения.

Увеличения охлаждающей способности достигают при использовании струйного или душевого охлаждения, например, при поверхностной закалке.

Для легированных сталей с высокой устойчивостью аустенита используют минеральное масло (нефтяное). Обеспечивающее небольшую скорость охлаждения в интервале температур мартенситного превращения и постоянство закаливающей способности. Недостатками минеральных масел являются повышенная воспламеняемость, низкая охлаждающая способность в интервале температур перлитного превращения, высокая стоимость.

При выборе охлаждающей среды необходимо учитывать закаливаемость и прокаливаемость стали.

Закаливаемость - способность стали приобретать высокую твердость при закалке.

Закаливаемость определяется содержанием углерода. Стали с содержанием углерода менее 0,20 % не закаливаются.

Прокаливаемость - способность получать закаленный слой с мартенситной и троосто-мартенситной структурой, обладающей высокой твердостью, на определенную глубину.

За глубину закаленной зоны принимают расстояние от поверхности до середины слоя, где в структуре одинаковые объемы мартенсита и троостита.

Чем меньше критическая скорость закалки, тем выше прокаливаемость. Укрупнение зерен повышает прокаливаемость.

Если скорость охлаждения в сердцевине изделия превышает критическую то сталь имеет сквозную прокаливаемость.

Нерастворимые частицы и неоднородность аустенита уменьшают прокаливаемость.

Характеристикой прокаливаемости является критический диаметр.

Критический диаметр - максимальное сечение, прокаливающееся в данном охладителе на глубину, равную радиусу изделия.

С введением в сталь легирующих элементов закаливаемость и прокаливаемость увеличиваются (особенно молибден и бор, кобальт – наоборот).

Способы закалки

В зависимости от формы изделия, марки стали и нужного комплекса свойств применяют различные способы охлаждения (рис. 14.1)

Рис.14.1. Режимы закалки

1. Закалка в одном охладителе (V1).

Нагретую до нужной температуры деталь переносят в охладитель и полностью охлаждают. В качестве охлаждающей среды используют:

  • воду - для крупных изделий из углеродистых сталей;
  • масло - для небольших деталей простой формы из углеродистых сталей и изделий из легированных сталей.

Основной недостаток - значительные закалочные напряжения.

2. Закалка в двух сферах или прерывистая (V2).

Нагретое изделие предварительно охлаждают в более резком охладителе (вода) до температуры ~ 3000C и затем переносят в более мягкий охладитель (масло).

Прерывистая закалка обеспечивает максимальное приближение к оптимальному режиму охлаждения.

Применяется в основном для закалки инструментов.

Недостаток: сложность определения момента переноса изделия из одной среды в другую.

3. Ступенчатая закалка (V3).

Нагретое до требуемой температуры изделие помещают в охлаждающую среду, температура которой на 30 - 50°C выше точки МН и выдерживают в течении времени, необходимого для выравнивания температуры по всему сечению. Время изотермической выдержки не превышает периода устойчивости аустенита при заданной температуре.

В качестве охлаждающей среды используют расплавленные соли или металлы. После изотермической выдержки деталь охлаждают с невысокой скоростью.

Способ используется для мелких и средних изделий.

4. Изотермическая закалка (V4).

Отличается от ступенчатой закалки продолжительностью выдержки при температуре выше МН, в области промежуточного превращения. Изотермическая выдержка обеспечивает полное превращение переохлажденного аустенита в бейнит.При промежуточном превращении легированных сталей кроме бейнита в структуре сохраняется аустенит остаточный. Образовавшаяся структура характеризуется сочетанием высокой прочности, пластичности и вязкости. Вместе с этим снижается деформация из-за закалочных напряжений, уменьшаются и фазовые напряжения.

В качестве охлаждающей среды используют расплавленные соли и щелочи.

Применяются для легированных сталей.

5. Закалка с самоотпуском.

Нагретые изделия помещают в охлаждающую среду и выдерживают до неполного охлаждения. После извлечения изделия, его поверхностные слои повторно нагреваются за счет внутренней теплоты до требуемой температуры, то есть осуществляется самоотпуск. Применяется для изделий, которые должны сочетать высокую твердость на поверхности и высокую вязкость в сердцевине (инструменты ударного действия: молотки, зубила).

Отпуск

Отпуск является окончательной термической обработкой.

Целью отпуска является повышение вязкости и пластичности, снижение твердости и уменьшение внутренних напряжений закаленных сталей.

С повышением температуры нагрева прочность обычно снижается, а пластичность и вязкость растут. Температуру отпуска выбирают, исходя из требуемой прочности конкретной детали.

Различают три вида отпуска:

1. Низкий отпуск с температурой нагрева Тн = 150…300oС.

В результате его проведения частично снимаются закалочные напряжения. Получают структуру – мартенсит отпуска.

Проводят для инструментальных сталей; после закалки токами высокой частоты; после цементации.

2. Средний отпуск с температурой нагрева Тн = 300…450oС.

Получают структуру - троостит отпуска, сочетающую высокую твердость 40…45HRC c хорошей упругостью и вязкостью.

Используется для изделий типа пружин, рессор.

3. Высокий отпуск с температурой нагрева Тн = 450…650oС..

Получают структуру, сочетающую достаточно высокую твердость и повышенную ударную вязкость (оптимальное сочетание свойств) – сорбит отпуска.

Используется для деталей машин, испытывающих ударные нагрузки.

Комплекс термической обработки, включающий закалку и высокий отпуск, называется улучшением.

Отпускная хрупкость

Обычно с повышением температуры отпуска ударная вязкость увеличивается, а скорость охлаждения не влияет на свойства. Но для некоторых сталей наблюдается снижение ударной вязкости. Этот дефект называется отпускной хрупкостью (рис. 14.2).

Рис.14.2. Зависимость ударной вязкости от температуры отпуска

Отпускная хрупкость I рода наблюдается при отпуске в области температур около 300oС. Она не зависит от скорости охлаждения.

Это явление связано с неравномерностью превращения оппущенного мартенсита. Процесс протекает быстрее вблизи границ зерен по сравнению с объемами внутри зерна. У границ наблюдается концентрация напряжений, поэтому границы хрупкие.

Отпускная хрупкость I рода “необратима“, то есть при повторных нагревах тех же деталей не наблюдается.

Отпускная хрупкость II рода наблюдается у легированных сталей при медленном охлаждении после отпуска в области 450…650oС.

При высоком отпуске по границам зерен происходит образование и выделение дисперсных включений карбидов. Приграничная зона обедняется легирующими элементами. При последующем медленном охлаждении происходит диффузия фосфора к границам зерна. Приграничные зоны обогащаются фосфором, снижаются прочность и ударная вязкость. Этому деекту способствуют хром, марганец и фосфор. Уменьшают склонность к отпускной хрупкости II рода молибден и вольфрам, а также быстрое охлаждение после отпуска.

Отпускная хрупкость II рода “обратима“, то есть при повторных нагревах и медленном охлаждении тех же сталей в опасном интервале температур дефект может повториться.

Стали, склонные к отпускной хрупкости II рода, нельзя использовать для работы с нагревом до 650oС без последующего быстрого охлаждения.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Скачать

Lektsii_po_materialovedeniyu.doc

Lektsii_po_materialovedeniyu.doc
Размер: 1.7 Мб

Бесплатно Скачать

Пожаловаться на материал

Материаловедение. Особенности атомно-кристаллического строения металлов. Кристаллизации металлов. Методы исследования металлов. Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов. Нагрузки, напряжения и деформации. Механические свойства. Механические свойства (продолжение).Технологические и эксплуатационные свойства. Конструкционная прочность материалов. Особенности деформации поликристаллических тел. Наклеп, возврат и рекристаллизация. Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма состояния железо-углерод. Стали. Классификация и маркировка сталей. Чугуны. Диаграмма состояния железо-графит. Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов. Виды термической обработки металлов. Основы теории термической обработки стали. Методы упрочнения металла.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Эта тема принадлежит разделу:

Материаловедение

Материаловедение. Особенности атомно-кристаллического строения металлов. Кристаллизации металлов. Методы исследования металлов. Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов. Нагрузки, напряжения и деформации. Механические свойства. Механические свойства (продолжение).Технологические и эксплуатационные свойства. Конструкционная прочность материалов. Особенности деформации поликристаллических тел. Наклеп, возврат и рекристаллизация. Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма состояния железо-углерод. Стали. Классификация и маркировка сталей. Чугуны. Диаграмма состояния железо-графит. Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов. Виды термической обработки металлов. Основы теории термической обработки стали. Методы упрочнения металла.

К данному материалу относятся разделы:

Металлы, особенности атомно-кристаллического строения

Понятие об изотропии и анизотропии

Аллотропия или полиморфные превращения

Магнитные превращения

Строение реальных металлов. Дефекты кристаллического строения

Механизм и закономерности кристаллизации металлов

Условия получения мелкозернистой структуры

Строение металлического слитка

Определение химического состава

Изучение структуры

Физические методы исследования

Понятие о сплавах и методах их получения

Основные понятия в теории сплавов

Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов: механических смесей, твердых растворов, химических соединений

Классификация сплавов твердых растворов

Кристаллизация сплавов

Диаграмма состояния

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (сплавы твердые растворы с неограниченной растворимостью)

Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонентов в компонентов в твердом состоянии (механические смеси)

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения

Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии (переменная растворимость)

Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния

Физическая природа деформации металлов

Природа пластической деформации

Дислокационный механизм пластической деформации

Разрушение металлов

Механические свойства и способы определения их количественных характеристик

Механические свойства и способы определения их количественных характеристик: твердость, вязкость, усталостная прочность

Твердость по Бринеллю ( ГОСТ 9012)

Метод Роквелла ГОСТ 9013

Метод Виккерса

Метод царапания

Динамический метод (по Шору)

Влияние температуры

Способы оценки вязкости

Оценка вязкости по виду излома

Эксплуатационные свойства

Конструкционная прочность материалов

Особенности деформации поликристаллических тел

Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла: наклеп

Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла: возврат и рекристаллизация

Структуры железоуглеродистых сплавов

Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов

Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов

Структуры железоуглеродистых сплавов

Влияние углерода

Влияние примесей

Назначение легирующих элементов

Распределение легирующих элементов в стали

Классификация и маркировка сталей

Качественные углеродистые стали

Сталь У10А

Легированные конструкционные стали

Легированные инструментальные стали

Быстрорежущие инструментальные стали

Шарикоподшипниковые стали

Классификация чугунов

Диаграмма состояния железо – графит

Процесс графитизации

Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов

Влияние состава чугуна на процесс графитизации

Влияние графита на механические свойства отливок

Положительные стороны наличия графита

Серый чугун

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом

Ковкий чугун

Отбеленные и другие чугуны

Виды термической обработки металлов

Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении

Превращение перлита в аустетит

Превращение аустенита в перлит при медленном охлаждении

Закономерности превращения

Промежуточное превращение

Превращение аустенита в мартенсит при высоких скоростях охлаждения

Превращение мартенсита в перлит

Отжиг и нормализация. Назначение и режимы

Отжиг первого рода

Нормализация. Разновидность отжига

Технологические особенности и возможности закалки и отпуска

Химико-термическая обработка стали

Цементация

Цементация в твердом карбюризаторе

Газовая цементация

Структура цементованного слоя

Термическая обработка после цементации

Азотирование

Цианирование и нитроцементация

Диффузионная металлизвция

Термомеханическая обработка стали

Поверхностное упрочнение стальных деталей

Закалка токами высокой частоты

Газопламенная закалка

Старение

Обработка стали холодом

Упрочнение методом пластической деформации

Конструкционные стали

Легированные стали

Влияние элементов на полиморфизм железа

Влияние легирующих элементов на превращение перлита в аустенит

Влияние легирующих элементов на превращение переохлажденного аустенита

Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение

Влияние легирующих элементов на превращения при отпуске

Классификация легированных сталей

Классификация конструкционных сталей

Углеродистые стали

Цементуемые стали

Улучшаемые стали

Улучшаемые легированные стали

Высокопрочные стали

Пружинные стали

Шарикоподшипниковые стали

Стали для изделий, работающих при низких температурах

Износостойкие стали

Автоматные стали

Стали для режущего инструмента

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435)

Легированные инструментальные стали

Быстрорежущие стали

Стали для измерительных инструментов

Штамповые стали

Стали для штампов холодного деформирования

Стали для штампов горячего деформирования

Твердые сплавы

Алмаз как материал для изготовления инструментов

Коррозия электрохимическая и химическая

Классификация коррозионно-стойких сталей и сплавов

Хромистые стали

Жаростойкость, жаростойкие стали и сплавы

Жаропрочность, жаропрочные стали и сплавы

Классификация жаропрочных сталей и сплавов

Медь и ее сплавы

Титан и его сплавы

Области применения титановых сплавов

Алюминий и его сплавы

Алюминиевые сплавы

Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой

Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой

Литейные алюминиевые сплавы

Магний и его сплавы

Деформируемые магниевые сплавы

Литейные магниевые сплавы

Медь и ее сплавы

Латуни

Бронзы

Композиционные материалы

Материалы порошковой металлургии

Пористые порошковые материалы

Прочие пористые изделия

Конструкционные порошковые материалы

Спеченные цветные металлы

Электротехнические порошковые материалы

Магнитные порошковые материалы

Похожие материалы:

Проблема международного терроризма

Реферат на тему: «Проблема международного терроризма». Политология. Международный терроризм как глобальная проблема.

Рентгенография. Тест с ответами

Применение запрещенных средств и методов ведения войны

Педагогічний процес у дошкільному закладі

Дошкільна дидактика. взаємодія дошкільного закладу, сім'ї і школи Особливості педагогічного процесу в дошкільному закладі. Закономірності педагогічного процесу. Структура педагогічного процесу. Розвивальне середовище як складова педагогічного процесу. Планування педагогічного процесу.

Анатомия. Ответы на тесты

Готовые ответы на тесты по анатомии. Группы желёз, кровоснабжение, мышцы.