Лекции Хововой (Материаловедение_2)

Посмотреть архив целиком

§3. Термическая обработка сталей


  1. Предварительная термическая обработка.

Цели:

- НВ ―› min (для облегчения механической обрабатываемости);

- устранить структурную деформацию (крупное зерно, цементитная сетка).

  1. Окончательная термическая обработка.

Цель - получить структуру и свойства, требующиеся по условиям эксплуатации:

- max НВ (инструменты, подшипники);

- сочетание (σU, НВ, δ, КСU).


Стали:

  1. конструкционные (детали машин, < 0.7% С, маркировка 30, 35, 40);

  2. инструментальные (max НВ, инструменты, (0.7 - 2.14)% С, маркировка У8, У10.


  1. Предварительна термическая обработка


    1. Конструкционные стали

Цели:

- НВ ―› min;

- изменить размер зерна;


    1. Инструментальные стали

Цель:

- НВ ―› min;

Отжиг инструментальной стали сделать нельзя, т.к. получится структура, в которой нельзя получить тяжелую структурную деформационную сетку и min прочность.










Изготовление детали:


  1. Окончательная термическая обработка


Она всегда упрочняющая, связана с получением структуры мартенсита, включает операцию закалки.


    1. Закалка сталей

Выбор температуры нагрева.

Цель закалки – получить max твердость без излишней хрупкости.

Конструкционная сталь:



Тем-ра


Структура при нагреве


Структура после быстрого охлаждения


Результат

t1

Ф+П

Ф+П

НВ повыситься не может

t2

А~0.8~0.02

М~0.8~0.02

НВ повышается, но не до max из-за феррита

t3

Ах1

Мх1

НВ max

t4

Ах1

крупнозернистый

Мх1

крупнокристаллический

НВ почти max, но излишняя хрупкость

Полная закалка:

˚С








Инструментальная сталь:



Тем-ра


Структура при нагреве


Структура после быстрого охлаждения


Результат

t2

А~0.8II

М~0.8IIост(мало)

НВ max

t3

Ах2

крупное зерно

Мх2+ Аост(много)

крупнокристаллический

Не max НВ из-за Аост и хрупкость из-за М

Неполная закалка:

˚С


Примечание:

После закалки в инструментальной стали неизбежен остаточный аустенит, поэтому закаленный инструмент сразу подвергается обработке холодом.


Обработка холодом.


● до -40˚С – холодильные камеры;

до -70˚С – сухой лед СО2;

до -196˚С – жидкий азот N2.


Выбор условий охлаждения:

Vохл > Vкрит


Для стали углеродистой:

● вода (~600˚С/сек);

вода+NaCl (10%) (~1200˚С/сек);

вода+NaОН (10%) (~1400˚С/сек).

I – студить быстро;

II – студить медленно.


Для стали легированной:

● масло (~60˚С/сек);

brcox (~50÷250˚С/сек);






Проблемы:


    1. При быстром охлаждении любая сталь остывает неравномерно, возникают огромные закалочные напряжения.


Закалочные напряжения:

- термическое (из-за неравномерного термического сжатия);

- структурное (из-за неравномерного протекания мартенситного превращения, идущего с увеличением объема).

Итог: если структурные напряжения накладываются на термические, то возникает коробление детали, возле концентратора напряжения возникает трещина.


Способы закалки:

(1) – закалка в одном охладителе, max закалочные напряжения; нужно только для деталей простой формы;

(2) – закалка в 2-х охладителях вода-масло;

(3) – закалка ступенчатая (выдержка короткая, для выравнивания температуры), термические напряжения ―› 0;

(4) – закалка изотермическая.


Если закалочные напряжения ―› 0, то прочность уменьшается.

Лишние концентраторы напряжения убирают.


    1. В любой охлаждающей среде массивная деталь быстро не остынет.

У каждой стали есть свое значение прокаливаемости.




(1) - Vохл поверхности, М;

(2) - Vохл сердцевины, П+С+Т+Б+М.


Прокаливаемость – способность стали закаливаться на определенную глубину в конкретном охлаждении.


Закаливаемость – способность стали приобретать высокую твердость при закалке, f(%C).

Закаленным считается слой, в котором мартенсита ≥ 50%.

HRCПМЗ – твердость полумартенситной зоны. Для определения прокаливаемости используют метод торцевой закалки.