ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ Термической обработкой называют технологические процессы, состоящие из нагрева и охлаждения металлических изделий с целью изменения их струк­туры и свойств.

Термической обработке подвергают -слитки, отливки, полуфабрикаты, сварные соединения, детали машин, ин­струменты.

Основные виды термической обработки - отжиг, закалка, отпуск и старение. Каждый из указанных видов имеег не­сколько разновидностей.

Отжиг -термическая обработка, в ре­зультате которой металлы или сплавы приобретают структуру, близкую к рав­новесной: отжиг вызывает разупрочне­ние металлов и сплавов, сопровождаю­щееся повышением пластичности и снятием остаточных напряжении

Закалка термическая обработка, в ре­зультате которой в сплавах образуется неравновесная структура

Отпуск и старение термическая об­работка. в результате которой в предва­рительно закаленных сплавах происхо­дят фазовые превращения, приближаю­щие их структуру к равновесной.

Сочетание закалки с отпуском или старением практически всегда предполагает получение более высокою уровня свойств (твердости, характеристик про­чности, коэрцитивной силы, удельного электрическою сопротивления и др.) по сравнению с отожженным состоянием

Основные виды термической обработки стали

Горячекатаные полуфабрикаты, по­ковки. штамповые заготовки и стальные отливки отжигают или нормализуют; легированные стали после нормализа­ции подвергают высокотемпературному отпуску.

Отжиг и нормализация могут быть промежуточными видами термической обработки, если детали или инстру­менты после обработки резанием тер­мически упрочняются, а в некоторых случаях эти виды обработки опреде­ляют и эксплуатационные свойства ме­талла, если к специальному термическо­му упрочнению не прибегают.

Термическое упрочнение состоит из закалки и последующего отпуска.

Отжиг сталей. Существует несколько разновидностей отжига, из них для кон­струкционных сталей наибольшее при­менение находит перекристаллиза­ционный отжиг, а для инструмен­тальных сталей - сфероидизирующий отжиг.

Перекристллизационныи отжиг кон­струкционных стилей. Конструкцион­ные стали чаще всего содержат углерод в количестве до 0.1%, т. е. являются до-эвтектоидными сталями.

Перекристаллизационный отжиг про­водят для снижения твердости, повыше­ния пластичности и получения однород­ной мелкозернистой структуры. Одно­временно при отжиге полностью сни­маются остаточные напряжения.

Полуфабрикаты из конструкционных сталей после литья или горячего дефор­мирования из-за ускоренного охлажде­ния с высоких температур могут иметь повышенную твердость, что затруднит их обработку резанием и приведет к по­нижению пластичности. Кроме того, от­ливки и горячедеформированная сталь часто приобретают структурные де­фекты, ухудшающие свойства.

Характерный структурный дефект стальных отливок - крупнозернистость.

При ускоренном охлаждении крупно­зернистого аустенита создаются усло­вия для образования видманштеттовой структуры. При ее образовании выполняется принцип размерного и струк­турного соответствия, в результате чего кристаллы доэвтектоидного феррита ориентированно прорастают относи­тельно кристаллической решетки аустенита и имеют форму пластин.

Размер зерна аустенита, образующе­гося после обработки давлением, как показывает опыт, определяется темпера­турой окончания обработки

При обработке давлением включения вытягиваются. Феррит, зарождаясь на вытянутых включениях, образует вытя­нутые скопления. Строчечность струк­туры, вызванная неметаллическими включениями, не исправляется отжигом.

Для полной перекристаллизации структуры конструкционные стали на­гревают до температуры, превышающей температуру Ас3 па 30—50°С. При более высоком нагреве произойдет укрупнение аустенитных зерен. После сквозного прогрева изделия следует медленно ох­лаждать, чтобы обеспечить в результате распада аустенита равновесную феррит-но-перлитную структуру и, соответ­ственно, низкую твердость и высокую пластичность.

Скорость охлаждения при отжиге вы­бирают в зависимости от степени леги-

рованности стали. Углеродистые стали получаются достаточно мягкими при скорости охлаждения 100--200 °С/ч. Ле­гированные стали с более высокой устойчивостью переохлажденного аусте­нита нужно охлаждать медленнее, со скоростью 20 70 °С /ч. Высоколегиро­ванные стали экономичнее подвергать изотермическому отжигу, т. е. дать вы­держку при температуре немного мень­шей Ar1, чтобы получить продукты рас­пада аустенита с низкой твердостью.

Охлаждение при отжиге чаще всего проводят вместе с печыо.

Сфероидизирующий отжиг инстру­ментальных стилей. Инструментальные стали для режущего, измерительного инструмента и для ин­струмента, деформирующего металл в холодном состоянии, содержат угле­род в количестве от 0,7 до 2%. Высокое содержание углерода обусловливает вы­сокую твердость инструментальных ста­лей, что затрудняет их обработку реза­нием. Для снижения твердости такие стали отжигают. Для заэвтектоидных сталей сфероидизирующий отжиг, кро­ме того, подготовляет структуру к за­калке.

Наименьшую твердость имеют стали со структурой зернистого перлита, ког­да цементит перлита имеет округлую формуй Отсюда и название отжига «Сфероидизация».

Зернистый перлит в инстру­ментальных сталях обычно получают путем нагрева сталей до температуры немного выше, чем Ас1, 750 770 °С, и последующего медленного охлажде­ния или изотермической выдержки при субкритической температуре 650-680°С. При нагреве до температуры, лишь не­много превышающей критическую, да­же в доэвтектоидных сталях сохраняют­ся нераспавшиеся мелкие карбидные частицы, которые при охлаждении или изотермической выдержке выполняют роль центров кристаллизации сферои­дального цементита.

В заэвтектоидных сталях требуется

сфероидизировать не только эвтектоидный цементит, по и цементит вто­ричный (избыточный), который при на­рушениях режима обработки давлением выделяется в виде сплошных оболочек аустенитных зерен (на шлифе-сетка). Этот заэвтсктоидный цементит сферои-дизирустся труднее, чем цементит пер­лита, поэтому зазвтектоидные стали предварительно нагревают выше тем­пературы Асm, для распада цементита и охлаждают на воздухе. Такая обработ­ка вызывает измельчение цементита и разрыв сетки цементита на границах зерен, что облегчает сфероидизацию при вторичном нагреве.

Низко-, средне- и высоколегиро­ванные инструментальные стали сфероидизируют аналогичным образом, од­нако чаще вместо непрерывного охла­ждения от температуры нагрева исполь­зуют субкритические изотермические выдержки.

Нормализация сталей. Нормализации, так же как и перекристаллизационному отжигу, чаще всего подвергают кон­струкционные стали после горячей

обработки давлением и фасонного литья. Нормализация отличается от от­жига в основном условиями охлажде­ния; после нагрева до температуры на 50-70 °С выше температуры Ас3 сталь охлаждают на спокойном воздухе.

Нормализация - более экономичная термическая операция, чем отжиг, так как меньше времени затрачивается на охлаждение стали. Кроме того, норма­лизация, обеспечивая полную перекри­сталлизацию структуры, приводит к по­лучению более высокой прочности ста­ли, так как при ускорении охлаждения распад аустенита происходит при более низких температурах.

Легированные конструкционные стали с повышенной устойчивостью переохла­жденного аустенита после нормализа­ции приобретают высокую твердость, затрудняющую последующую обработ­ку резанием. В связи с этим после нор­мализации проводят отпуск при темпе­ратурах, обеспечивающих получение требуемой твердости (650-750 С, в зави­симости от состава стали).

После нормализации углеродистых и низколегированных сталей, так же как и после отжига, образуется ферритно-перлитная структура, однако имеются и существенные структурные отличия. При ускоренном охлаждении, характерном для нормализации, доэвтектоидный феррит при прохождении температурно­го интервала Аr3 Аr1 выделяется на границах зерен аустенита; поэтому кри­сталлы феррита образуют сплошные или разорванные оболочки вокруг зерен аустенита ферритную сетку.

Нормализация позволяет несколько уменьшить анизотропию свойств, вы­званную наличием в горячедеформированной стали вытянутых неметалличе­ских включений. При ускоренном охла­ждении (по сравнению с отжигом) воз­никает больше самопроизвольно обра­зующихся центров кристаллизации, по­этому строчечность структуры менее резко выражена. Это дополнительное преимущество данного вида обработки.

Свойства нормализованных горячека­таных полуфабрикатов существенно за­висят от сечения: чем меньше сечение, тем быстрее произойдет охлаждение на спокойном воздухе и тем выше будет прочность стали.

Закалка сталей. В большинстве слу­чаев при закалке желательно получить структуру наивысшей твердости, т. е. мартенсит, при последующем отпуске которого можно понизить твердость и повысить пластичность стали. При равной твердости структуры, полу­ченные при отпуске мартенсита, имеют лучшие механические свойства, чем структуры, полученные непосредственно в результате распада аустенита, за ис­ключением нижнего бейнита.

В зависимости от температуры нагре­ва закалку называют полной и непол­ной. При полной закалке сталь перево­дят в однофазное аустенитное состоя­ние, т. е. нагревают выше критических

температур Ac3 или Accm при неполной закалке сталь нагревают до межкритических температур между Aс1и Ас3

Доэвтектоидные стали, как правило, подвергают полной закалке, при этом оптимальной температурой нагрева является температура Ас3 + (30— 50 С). Такая температура обеспечивает получе­ние при нагреве мелкозернистого аусте­нита и, соответственно, после охлаж­дения - мелкокристаллического мартен­сита. Недогрев до температуры Ас3, приводит к сохранению в структуре кристаллов доэвтектоидного феррита, что при некотором уменьшении прочно­сти обеспечивает повышенную пластич­ность закаленной стали. /Заэвтектоидные стали подвергают не­полной закалке. Оптимальная темпера­тура нагрева углеродистых и низколеги­рованных сталей- температура Ас1 + (30-50°С).


Случайные файлы

Файл
DRYUL.DOC
56125.rtf
35571.rtf
73382-1.rtf
161969.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.