термическая обработка углеродистых сталей

Значительная часть автомобильных деталей подвергается различным видам термической обработки с целью сообщения им физических и механических свойств, обеспечивающих необходимую прочность. Для подготовки структуры металла к последующим видам термической обработки применяются главным образом нормализация и отжиг. Улучшение углеродистых сталей производится закалкой и отпуском. Основные детали автомобиля, как, например, коленчатые валы, после штамповки подвергаются нормализации, затем механической обработке, после чего шейки их закаляются токами высокой частоты.

Охлаждающая среда и ее правильный выбор большое влияние на качество закалки. В. интервале температур 650-400 ° аустенит очень неустойчив и при медленном охлаждении распадается на феррит и цементит. Итак, для того, чтобы предотвратить распад аустенита и переохладить его, необходима большая скорость охлаждения, особенно в интервале температур 650-400 °. Аустенит в углеродистых сталях при температурах ниже 400 ° делается относительно устойчивым, и при процессе преобразования его в мартенсит охлаждения желательно проводить медленно, что связано с уменьшением внутренних термических напряжений. Что касается легированных сталей, то охлаждение их ниже 400 ° должно проводиться быстро. В качестве охлаждающей среды при закалке могут применяться: вода разной температуры, как чистая так и с примесями некоторых солей, минеральные и растительные масла, расплавленные соли, расплавленные металлы.

Обычная закалка (закалка в одной среде ). Этот вид закалки применяется главным образом для простых деталей, изготовленных из углеродистых и легированных сталей. Детали после нагрева до закалочных температур и небольшой выдержки погружаются в охлаждающую среду и держатся в ней до тех пор , пока совершенно не охладятся. В качестве охлаждающей среды используется вода или масло. Среда выбирается в зависимости от размеров изделий и химического состава стали.

Отжиг стальных изделий, поковок, слитков применяется в тех случаях, когда нужно изменить структуру крупнозернистой стали, т. Е Измельчить зерно и сделать структуру мелкозернистой; улучшить обрабатываемость стали режущим инструментом; подготовить структуру стали к "дальнейшей термической обработки; выровнять химическую неоднородность в больших стальных отливках, слитках; устранить внутренние напряжения в стальных изделиях; освободить сталь от клеветы. Отжиг заключается в том, что стальное изделие нагревается до определенной температуры, выдерживается при этой температуре некоторое время и затем медленно охлаждается вместе с печью.

Сталь 9ХС сравнению суглеродистой обладает не только повышенной прокаливаемостью , но иболее высокой теплостойкостью и потому сохраняет в закаленномсостоянии твердость при нагреве до 250 ° С. Нагрев под закалкупроводится к 850-870 ° С , охлаждение - в масле или врасплавленной соли с температурой 180- 200 ° С. Посленизкого отпуска при 180-200 ° С твердость получается впределах HRC 61-64. Недостатками такой стали являются, во- х, склонность к обезуглероживания и , во-вторых, повишеннаятвердость после отжига , что затрудняет обработку резанием.

Предварительная термическая обработка углеродистых инструментальных сталей. Неполный отжиг (нагрев 690-710 ° С) с непрерывным охлаждением и сфероидизация рекомендуется проводить в шахтных или камерных печах ( стали У7 , У7А , У8 , У8А ). Продолжительность выдержки после прогрева всей сады до температуры отжига 3-4 ч.

Вместе с тем недостатки углеродистых сталей существенно ограничивают область их применения: в результате низкой теплостойкости - способности сохранять твердость лишь при нагревании до температур, не превышающих 170-200 ° С Меньшая прочность по сравнению с быстрорежущей стали связана с получением более крупного зерна (8 -9 балл) при оптимальных температурах закалки. Склонность к росту зерна при незначительных перегревах при закалке приводит к снижению механических свойств. Ограниченная технологическая закаливаемость требует применения высоких скоростей охлаждения в Перлитный интервале, что приводит к неоднородной твердости, особенно в инструментов небольшой толщины, а также к большой поводу и термическим трещинам. Стали нельзя применять для относительно больших инструментов (диаметром или толщиной более 30 мм), если они предназначены для работы при повышенных давлениях. Стали подвержены отпуска поверхностных слоев при нагревании во время шлифовки и заточки.

Нормализацию применяют для измельчения зерна перегретой стали и для получения небольших шероховатости поверхности при обработке , резкой в тех случаях , когда сталь в отожженном состоянии имеет твердость меньше НВ 1830 МПа. Продолжительность выдержки при нагреве в печах 20-30 мин после прогрева всей сады ; при нагревании в соляных ваннах - равна расчетной выдержке для нагрева под закалку. Режимы отжига , механические и физические свойства углеродных инструментальных сталей приведены в таблицах ниже.

Высокий отпуск ( 650-700 ° С) следует использовать для снятия клеветы после холодной пластической деформации (так называемый рекристаллизационный отжиг ), а также для снятия внутренних напряжений от обработки резанием , предварительной закалке , перед повторной закалкой изделий, имеющих пониженную твердость после термообработки. Продолжительность выдержки при высоком отпуске 2-3 ч после прогрева всей сады.

При кажущейся простоте представленных операций , в ходе их протекания физиологических характеристики подвергаются сложным изменениям. Именно эти процессы становятся основными факторами определяющих свойств по окончании термической обработки стали.

Существует еще один вид стали - инструментальная углеродистая сталь. Она характеризуется большей степенью твердости и прочности по сравнению с конструкционной. Как правило, такая сталь применяется для изготовления ножовочных полотен , зубил , молотков , ножниц по металлу, напильников и т.д. Сказывается она показателям: У10 , У11 , У12 и т.д. Цифры отражают содержание углерода в десятых долях процента.

Термообработка стали 20. Это конструкционная углеродистая качественная сталь , которая находит свое широкое применение в котлостроения , для нагревательных труб и трубопроводов различного назначения, производства пруток , писем. Температура начала ковки стали 20 1280 ° С , окончание - 750 ° С , охлаждение поковки - воздушное. Сталь 20 не подвержена отпускной способности.

Горячая пластическая деформация стали 40х13 протекает при TС 900-1100. При ее быстром нагревании и охлаждении существует риск образования трещин. Поэтому до начала деформации рекомендуется проводить медленный подогрев (до t C 850 ) , после чего начинать медленное охлаждение ( в песке или в печи).

Закалка придает материалу твердости , но снижает его ударную вязкость , что делает сталь более хрупкой. Такой обработке подвергают детали, которые предназначены для эксплуатации под воздействием статической нагрузки без влияния динамических колебаний. Отпуске подвергаются некоторые детали после закалки. Его суть заключается в повторном нагревании металла до температуры ниже , чем температура закалки. Это позволит вновь поднять достигнутые межмолекулярные связи и приведет к их перестроению.

Термическая обработка стали проводится с целью придания материалу определенного набора свойств путем изменения его внутренней структуры на молекулярном уровне. Метод предусматривает нагрев или охлаждение металла до определенного температурного уровня с его последующим возвращением к нормальному состоянию. Иногда применяется многофазная термообработка , которая позволяет проводить наиболее закаленные марки сталей.

Азотирования позволяет насытить верхний слой стали азотом для повышения его коррозионной стойкости, прочности и границы устойчивости. Проводится процедура путем нагрева сплава до 700 градусов в аммиачной среде. Хромирование позволит придать поверхности материала повышенной устойчивостью к пресной и соленой воды и некоторых видах кислотных и оксидных сред. Это позволяет подготовить сталь к эксплуатации в неблагоприятных условиях. Цианирования сочетает в себе одновременно насыщения верхних слоев стали углеродом и азотом. Это позволяет одним махом увеличить твердость материала и защитить его от воздействия коррозии.

После нагрева металл извлекают из печи и дают остыть естественным путем без применения охладителей. Такая процедура немного снижает жесткость, но при этом повышает ударную вязкость и ковкость. Так что после закалки с последующим отпуском сталь будет тверже и пластичнее, чем необработанный сплав. Отжиг проводится по схеме нагрева металла с последующим медленным охлаждением прямо в печи без использования специальных средств. Это убирает неоднородность распределения элементов в сплаве и позволяет создать устойчивое соединение железа с углеродом на межмолекулярном уровне.

Термическая обработка (ТО ) является одним из основных способов изменения и управления свойствами углеродистой стали. Будучи самым распространенным конструкционным материалом , углеродистая сталь очень редко применяется без ТО , так как даже в горячекатаном состоянии она часто имеет неудовлетворительную структуру, большие внутренние напряжения , обладает анизотропией свойств и требует ТО ( нормализации ) для исправления структуры, снижение внутренних напряжений и повышения механических свойств - характеристик прочности, пластичности и особенно ударной вязкости.

Для этих сталей нормализацией часто заменяют более дорогую операцию улучшение ( закалка + высокий отпуск ). Например , ударная вязкость стали 45 после нормализации повышается в полтора раза по сравнению с ненормализованном , испытанной после прокатки или ковки. Значительное повышение механических свойств позволило ввести нормализацию как окончательную термическую обработку для таких ответственных деталей, как коленчатые валы автомобилей из углеродистой стали 45; после нормализации шейки коленчатых валов подвергают высокочастотной закалке.

Закалка и последующий отпуск наиболее часто применяются для укрепления углеродистой стали. При этом важно помнить, что закаленные детали почти всегда подвергаются отпуска, а закалка с последующим высоким отпуском даже носит специальное название - улучшение. Очень часто для углеродистых сталей применяют нормализацию. Эта термическая операция нужна, как правило, тогда, когда нужно исправить структуру и снизить уровень напряжений, получают изделия в процессе прокатки, ковки, штамповки и других видов пластической деформации. Стали, которые должны подвергаться глубокой вытяжке (штамповке кузовов автомобилей и т.п.), должны иметь очень высокие пластические свойства, а внутренние напряжения должны быть минимальными. В этом случае применяется термическая операция, которая называется отжигом.

При нагревании выше 450 ° С ( высокий отпуск ) происходит укрупнение ( коагуляция ) мелких частиц цементита. При этом образуется сорбит, который имеет зернистое , а не пластинчатое строение. Такой вид отпуска обычно применяют для деталей, работающих с ударными нагрузками , то есть там , где требуется повышенная вязкость.

628.036ms

Похожие статьи

Вход для пользователей