Реферат: Термическая обработка стали

Министерствообразования Российской Федерации

ППЛ №43

РефератТермическая обработка стали

Выполнил учащийся 223группы

Чупахин Евгений

Проверил:

Емельянцев Александр

Вячеславович

г. Балаково

2003 г.

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

Содержание.

1.<span Times New Roman"">    

Основы теории термическойобработки…………………………………3

2.<span Times New Roman"">    

Отжиг инормализация……………………………………………………7

3.<span Times New Roman"">    

Закалка иотпуск………………………………………………………….10

4.<span Times New Roman"">    

Списоклитературы………………………………………………………16<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

1.<span Times New Roman"">    

Основы теории термическойобработки.

Термическая (тепловая) обработка состоит визменении структуры металлов и сплавов путем нагревания их и последующегоохлаждения с той или иной скоростью; при этом достигаются существенныеизменения свойств при том же химическом составе сплава.

<img src="/cache/referats/14222/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">

Рис. 1. Диаграммы состояния системы Fe– Fe3C

Термическая обработка стали и чугуна основанана явлениях вторичной кристаллизации применительно к линиям (см. рис.1) GOS(A3), SE(Aст) и РК (А1).

Изменения структуры приразных скоростях охлаждения аустенита.

При медленном охлажденииэвтектоидной стали по линии РК (в точке Ar1) произойдет полноераспадение аустенита с образованием перлита. Распадение состоит из следующихэтапов:

1)<span Times New Roman"">   

превращение <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">g-железа в <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">a-железо, т.е.перегруппировка атомов из решетки гранецентрированного куба <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">g-железа в решетку центрированного куба <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a-железа с одновременным смещением атомовуглерода, находящихся в твердом растворе <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">g-железа;

2)<span Times New Roman"">   

выделение из твердогораствора (аустенита) мельчайших частиц цементита (Fe3C);

3)<span Times New Roman"">   

укрупнение частиц цементитав пластинки, размеры которых измеряются от малых долей микрона до несколькихмикронов, и более или менее полное распадение аустенита.

При ускорении охлаждения до 50 град/сек распадение аустенита неуспевает закончиться, размеры пластинок цементита достигают лишь десятых долеймикрона и различимы только при очень больших увеличениях. Такая структураназывается сорбитом (в честь Г.В. Сорби – английскогоестествоиспытателя).

При ускорении охлаждения до 100 град/сек полностью успеваетзавершиться лишь второй этап распадения аустенита, а третий этапостанавливается в самом начале. В результате размеры пластинок цементитаизмеряются стотысячными и миллионными долями миллиметра. Такая структура носитназвание троостита (по имени Л. Трооста – французского химика). Наличиетончайших пластинок цементита можно обнаружить с помощью электронногомикроскопа.

<img src="/cache/referats/14222/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">

Рис. 2. Зависимость положения критических точек эвтектоиднной стали от скорости охлаждения.

При скорости охлаждения 150-200 град/сек успевает завершиться лишьперегруппировка атомов железа, поэтому углерод остается в виде твердогораствора в <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

-железе. Эта структураназывается мартенситом (в честь А. Мартенса – немецкого металловеда).

Подводя итог сказанному, заметим, что перлит, сорбит и троостит поструктуре представляют собой двухфазную смесь (феррита и цементита) иотличаются друг от друга дисперсностью цементита; мартенсит же однофазен, этотвердый раствор углерода в <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

-железе.

Структура перлита, получающаяся при медленном охлаждении сплавов,называется равновесной, как и другие структуры. В отличие отравновесной, структуры сорбита, троостита и мартенсита, получающиеся приускоренных охлаждениях, называются неравновесными.

Сдвиг критических точек при охлаждении.

Увеличение скорости охлаждения вызывает понижение критических точек (поотношению к их положению на диаграмме равновесия, см. рис. 66). Сдвигтемператур увеличивается с ускорением охлаждения, что видно на рис. 2. Кривая A’rпоказывает, что переохлаждение аустенита растет при ускорении охлаждения.

При медленном охлаждении переохлаждение невелико (верхние точки кривой A’r),и структура стали остается перлитной. Пластинки цементита в перлите тем меньше,чем больше скорость охлаждения, и при дальнейшем ускорении охлаждения структуравсе больше приближается к сорбиту. При скорости охлаждения, необходимой дляполучения структуры сорбита (<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">»

50 град/сек),аустенит переохлаждается более чем на 100<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">°и фазовое превращение его всорбит произойдет при температуре около 600<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">°(точка Cнакривой A’r). Превращение в трооститпроизойдет при переохлаждении аустенита на <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">»180<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°(точка Т).

Скорость охлаждения V1(150 град/сек)соответствует началу появления мартенсита в структуре стали. Часть линии A”r,характеризующая превращение “аустенит — мартенсит”, — прямая. Это указывает напостоянство температуры при превращении (около 240<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°

для эвтектоидной стали) независимо отдальнейшего увеличения скорости охлаждения.

Таким образом, кривая A’rхарактеризует распадение аустенита на две фазы: феррит и цементит, а отрезок A”r–переход аустенита в мартенсит. При скоростях охлаждения V1 доV2охлажденная сталь содержиттроостит и мартенсит (превращение происходит согласно линии A’rилинии A”r). При скоростях охлаждения,превышающих V2(ниже линии A”r),наряду с мартенситом будет немного остаточного (не распавшегося) аустенита.

Изотермическое распадение аустенита.

<img src="/cache/referats/14222/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1027">

Рис. 3. Диаграмма изотермического распадения аустенита эвтектоидной стали

Наблюдениями установлено, что и скорость, и характер распаденияаустенита зависят от степени его переохлаждения.

На рис.3 приведена диаграмма изотермического распадения аустенитаэвтектоидной углеродистой стали. Диаграмма построена в координатах “Температура– логарифм времени” (время откладывается на абсциссе по логарифмической шкале),что дает возможность проследить за временем превращения от долей секунды досуток и более.

Предположим для простоты, что за время 0,5 сек удается охладитьобразец из состояния аустенита до любой температуры: от точки Ar1до 0<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°

и ниже. Охлаждая образец до 700<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°и выдерживая его при этой температуре,заметим, что в течение времени до точки H1в аустените никакихпревращений не происходит. Со времени, соответствующего точке H1, начинается распадение аустенита. Период времени до точки H1называется инкубационным периодом. Распадение аустенита заканчиваетсяполностью ко времени точки К1, когда аустенит перешел вперлит. Скорость дальнейшего охлаждения не влияет на структуру образца, поэтомуза точкой К1 линия обрывается.

Наблюдая за образцом, охлажденным из состояния аустенита до температуры650<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°

и нанося на диаграмму точки начала H2и конца K2распадения аустенита,заметим, что как инкубационный период, так и период распада аустенитауменьшились, а в результате распада получился сорбит.

Для образца, охлажденного до температуры около 500<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°

, получим на диаграмме соответственно точки Н3и К3 распадения аустенита, а структура стали будетпредставлять троостит. При увеличении количества подобных опытов определится ряд точек начала и окончанияпревращения аустенита. Соединяя эти точки, получим две кривые превращенияаустенита; кривую I– начала превращения приразных температурах и кривую II– конца превращения при техже температурах.

При охлаждении образцов со скоростью выше критической при температуре240<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°

(линия MН) начинается превращениеаустенита в мартенсит; превращение всего аустенита в мартенсит происходиттолько при дальнейшем понижении температуры, и окончание этого превращения дляэвтектоидной углеродистой стали наступит лишь при температуре -50<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°.

Рассмотрев диаграмму (рис. 3), отметим в итоге следующее. Верхняя частьдиаграммы характеризует изотермическое распадение аустенита в смесь феррита ицементита. Левее кривой Iнаходится поле, отвечающеепереохлажденному аустениту, область между кривыми Iи IIопределяет время распада переохлажденного аустенита, правее кривой IIнаходится полле продуктов распада аустенита: перлита, сорбита и троостита.Инкубационный период распада аустенита изменяется в зависимости от степенипереохлаждения последнего: сначала уменьшается до некоторой критическойвеличины, а затем вновь увеличивается. Этот период для каждой температурыопределяется абсциссой кривой I– начала распаденияаустенита. Кривая IIпоказывает, что длительность превращения такжезависит от температуры переохлаждения. Прямая Mнявляется границей междуверхней и нижней частями диаграммы. Эта прямая характеризует началомартенситного превращения аустенита и соответствует прямому участку кривой A”r(см.рис. 2).

Нижняя часть диаграммы показывает, что для перевода всего остаточногоаустенита в мартенсит необходимо понижать температуру стали до линии Mк(конец  мартенситногопревращения). Кривые изотермического распадения аустенита имеют форму буквы С иназывают С-образными кривыми. Форма этих кривых установлена профессором С.С.Штейнбергом и другими советскими учеными.

Для доэвтектоидной и заэвтектоидной сталей С-образные кривые смещениывлево по сравнению с кривыми эвтектоидной стали; прямые Мк и Мкдля первой расположены выше, а для второй – ниже, чем для эвтектоидной стали.

Свойства стали со структурой мартенсита, троостита, сорбита илиперлита.

Рассмотрим сначала свойства структур эвтектоидной стали.

<img src="/cache/referats/14222/image008.jpg" v:shapes="_x0000_i1028">

Рис. 4. Диаграмма изменения механических свойств эвтектоидной стали в различных состояниях от перлита до мартенсита

Мартенсит– самая твердая и самая хрупкая структура.

Твердость мартенсита HB=600-650 (HRC=62-66),а пластические свойства при растяжении (<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">d

и <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">y) и ударная вязкость (ан) близки кнулю. Плотность мартенсита меньше, чем плотность других структур, и составляет7,75 г/см3. В связи с увеличением объема стали при мартенситномпревращении возникают напряжения, особенно при неравномерном охлаждении детали.Мартенсит магнитен и обладает наибольшей способностью сохранять в себеостаточный магнетизм, поэтому заготовки магнитов заливают в мартенсит.

Тростит и сорбит – промежуточные структуры между перлитом имартенситом, поэтому их свойства будут средними между свойствами перлита имартенсита. На рис. 4 приведены кривые изменения твердости HB,предела прочности <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">s

ви относительного удлинения <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">dэвтектоидной стали в различных состояниях отперлита до мартенсита.

Свойства структур неэвтактоидной стали отличаются от свойств тех жеструктур эвтектоидной стали в зависимости от содержания углерода, однакохарактер изменения свойств структур от перлита до мартенсита тот же, что и у эвтектоиднойстали.

Изучив вопросы теории термической обработки стали, познакомимся с еевидами: отжигом и нормализацией, закалкой и отпуском.

2.<span Times New Roman"">   

Отжиг и нормализация.

После отливки, прокатки и ковки стальные заготовки охлаждаютсянеравномерно результатом чего является неоднородность структуры и свойств вразличных местах заготовок, а также появление внутренних напряжений. Крометого, при затвердевании отливки получаются неоднородными по составу вследствиеликвации.

Отжиг.

Отжигом называют нагревание и медленное охлаждение стали. Академик А.А.Бочвар дал определение структуры из неравновесного состояния в болееравновесное (возврат, или отдых, рекристаллизационный отжиг, илирекристаллизация, отжиг для снятия внутренних напряжений и диффузионный отжиг,или гомогенизация); отжиг второго рода – изменение структуры сплавапосредством перекристаллизации около критических точек с целью полученияравновесных структур; к отжигу второго рода относится полный, неполный иизотермический отжиги.

Ниже рассмотрены перечисленные виды отжига применительно к стали.

Возврат(отдых) стали – нагрев до 200 – 400<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">°

, для уменьшения или снятиянаклепа. При возврате наблюдается уменьшение искажений в кристаллическихрешетках у кристаллитов и частичное восстановление физико-химических свойств.

Рекристаллизационный отжиг(рекристаллизация) стали происходит притемпературах 500 – 550<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°

; отжиг для снятиявнутренних напряжений – при температурах 600 – 700<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°. Эти виды отжига снимают внутренниенапряжения в отливках от неравномерного охлаждения их частей, а также взаготовках, обработанных давлением (прокаткой, волочением, штамповкой) притемпературах ниже критических. При рекристаллизационном отжиге издеформированных зерен вырастают новые кристаллы, ближе к равновесным, врезультате твердость стали снижается, а пластичность и ударная вязкостьувеличиваются. Для полного снятия внутренних напряжений в стали нужнатемпература не менее 600<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°.

Охлаждение после выдержки при заданной температуре должно быть достаточно медленным: при ускоренном охлаждениивновь возникают внутренние напряжения.

Диффузионный отжигприменяется в тех случаях, когда в стали наблюдаетсявнутрикристаллическая ликвация. Выравнивание состава в зернах аустенитадостигается диффузией углерода и других примесей в твердом состоянии, наряду ссамодиффузией железа. В результате сталь становится однородной по составу(гомогенной), поэтому диффузионный отжиг называет также гомогенизацией.

Температура гомогенизации должна быть достаточно высокой, однако нельзядопускать пережога и оплавления зерен. При пережоге кислород воздуха окисляетжелезо, проникая в толщу его, образуются кристаллиты, разобщенные окиснымиоболочками. Пережог в металле устранить нельзя, поэтому пережженные заготовкиявляются окончательным браком.

При диффузионном отжиге обычно зерна слишком укрупняются, что следуетисправлять последующим полным отжигом (на мелкое зерно).

Полный отжигсвязан с фазовой перекристаллизацией и измельчением зерна притемпературах точек АС1 и АС2. Назначениеего – улучшение структуры стали для облегчения последующей обработки резанием,штамповкой или закалкой, а также получение мелкозернистой равновесной перлитнойструктуры в готовой детали. Для полного отжига сталь нагревают на 30-50<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°

выше температуры линии GSKимедленно охлаждают.

<img src="/cache/referats/14222/image010.jpg" v:shapes="_x0000_i1029">

Рис. 5. Крупнозернистая структура доэвтектоидной стали.

После отжига избыточный цементит (в заэвтектоидных сталях) иэвтектоидный цементит имеют форму пластинок, поэтому и перлит называют пластинчатым.

При отжиге на пластинчатый перлит заготовки оставляют в печи до охлаждения,чаще всего при частичном подогреве печи топливом, чтобы скорость охлаждениябыла не больше 10-20<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°

в час.

Отжигом также достигается измельчение зерна. Крупнозернистая структура,например, доэвтектоидной стали (рис. 5), получается при затвердеваниивследствие свободного роста зерен (при медленном охлаждении отливок), а также врезультате перегрева стали. Эта структура называется видманштетовой (по имениавстрийского астронома А. Видманштеттена, открывшего в 1808 г. такую структуруна метеорном железе). При такой структуре прочность заготовки низка, иструктура характерна тем, что включения феррита (светлые участки) и перлита(темные участки) располагаются в виде вытянутых пластин под различными угламидруг к другу. В заэвтектоидный сталях видманштетова структура характеризуетсяштрихообразным расположением избыточного цементита.

Размельчение зерна связано с перекристаллизацией <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

-железа в <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">g-железо; при охлаждении иобратном переходе <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">g-железа в <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a-железо мелкозернистая структура сохраняется.

Таким образом, при отжиге на пластинчатый перлит одновременнообеспечивается мелкозернистая структура.

Неполный отжигсвязан с фазовой перекристаллизацией лишь при температуре точки АС1;он применяется после горячей обработки давлением, когда у заготовкимелкозернистая структура.

<img src="/cache/referats/14222/image012.jpg" v:shapes="_x0000_i1030">

Рис. 6. Микроструктура зернистого перлита (X500)

Отжиг на зернистый перлитприменяют обычно для эвтектоидных и заэвтектоидныхсталей, с целью повышения пластичности и вязкости стали и уменьшения еетвердости. Для получения зернистого перлита сталь нагревают выше точки АС1и выдерживают недолго, чтобы цементит растворился в аустените не полностью.Затем сталь охлаждают до температуры несколько ниже Ar1и выдерживают при такойтемпературе несколько часов. При этом частицы оставшегося цементита служатзародышами кристаллизации для всего выделяющегося цементита, который нарастаетокруглыми (глобулярными) кристаллитами, рассеянными в феррите (рис. 6).

Свойство зернистого перлита существенно отличаются от свойствпластинчатого в сторону меньшей твердости, но большей пластинчатости ивязкости. Особенно это относится к заэвтектоидной стали. В которой весьцементит (как эвтектоидный, так и избыточный) получается в виде глобулей.

<img src="/cache/referats/14222/image014.jpg" v:shapes="_x0000_i1031">

Рис. 7. Схема изотермического отжига и изотермической закалки.

При изотермическом отжиге после нагрева и выдержки сталь быстроохлаждают до температуры несколько ниже точки А1 (рис. 7) ивыдерживают при этой температуре до полного распадения аустенита на перлит,после чего охлаждают на воздухе. Применение изотермического отжига значительносокращает время и повышает производительность. Например, обыкновенный отжыглегированной стали длится 13-15 ч, а изотермический – всего 4-7 ч. Схемаизотермического отжига приведена на рис. 7.

Нормализация.При нормализации сталь охлаждается не в печи, как при отжиге, а навоздухе в цехе. Нагревание ведется до полной перекристаллизации (на 30-50<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°

выше точек Ас3 и Аст),в результате сталь приобретает мелкозернистую и однородную структуру. Твердостьи прочность стали после нормализации выше, чем после отжига.

Структура низкоуглеродистой стали после нормализации феррито-перлитная,такая же, как и после отжига, а у средне- и высокоуглеродистой стали –сорбитная; нормализация может заменить для первой – отжиг, а для второй –закалку с высоким отпуском. Часто нормализацией подготавливают сталь длязакалки. Термическую обработку некоторых марок углеродистой и легированныхсталей заканчивают нормализацией.

3.<span Times New Roman"">   

Закалка и отпуск.

Цель закалки и отпуска стали – улучшение ее свойств.

Закалка с отпуском нужна для очень многих деталей и изделий. Онаоснована на перекристаллизации стали при нагреве до температуры вышекритической; после достаточной выдержки при этой температуре для завершениязакалки следует  быстрое охлаждение.Таким путем предотвращают превращение аустенита в перлит.

Закаленная сталь имеет неравновесную структуру мартенсита, трооститаили сорбита.

Чаще всего при закалке сталь резко охлаждают на мартенсит. Длясмягчения действия закалки сталь отпускают, нагревая до температуры ниже точки А1.При отпуске структура стали из мартенсита закалки переходит в мартенситотпуска, троостит отпуска или сорбит отпуска.

Температурные условия закалки.Температура нагрева стали при закалке та же, что ипри полном отжиге: для доэвектоидной стали на 30-50<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°

выше точки Ас3, длязаэвтектоидной – на 30-50<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°выше точки Ас1.

При нагреве доэвтектоидной стали до температуры между точками Ас1и Ас3 (неполная закалка) в структуре быстро охлажденнойстали, наряду с закаленными участками, будет присутствовать нерастворенный феррит,резко снижающий твердость и прочность. Поэтому для доэвтектоидной сталиобязательна полная закалка (нагрев выше точки Ас3).

В заэвтектоидной стали избыточной фазой является цементит, который потвердости не уступает мертенситу и даже превосходит его; поэтому стальдостаточно нагреть на 30-50<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°

выше точки Ас1.

Нагревать изделия, особенно крупные, нужно постепенно, чтобы избежатьместных напряжений и трещин, а время выдержки нагретого изделия должно бытьдостаточным, чтобы переход перлита в аустенит полностью завершился.Продолжительность выдержки обычно равна четверти общей продолжительностинагревания.

Охлаждение деталей при закалке.Скорость охлаждения деталей при закалке должна бытьтакой, чтобы деталь получилась заданной структуры. Скорость V2(см. рис. 2),обеспечивающая мартенситную структуру (с остаточным аустенитом, не безтроостита), называется критической скоростью закалки.

Так как С-образные кривые доэвтектоидной и заэвтектоидной сталейсмещены влево по сравнению с кривыми эвтектоидной стали, критическая скоростьзакалки их выше, и получение структуры мартенсита достигается труднее, а длянекоторых марок она даже недостижима.

Легирующие компоненты в стали облегчают закалку, так как при этомС-образные кривые смещаются вправо, и критическая скорость понижается.

При скорости охлаждения меньше критической в структуре закаленнойстали, наряду с мартенситом, будет троостит, а при дальнейшем уменьшениискорости получаются структуры троостита или сорбита без мартенсита.

Резкость закалки (получение мартенсита без троостита) зависит отприроды температуры охлаждающей среды. Охлаждение струей воздуха или холоднымиметаллическими плитами дает следую закалку на сорбит. Наиболее распространеноохлаждение деталей погружением их в воду, щелочные или кислые растворы, масло,расплавленный свинец и др. При этом получается резкая или умеренная закалка (намартенсит или троостит).

Охлаждающая способность воды резко изменяется в зависимости от еетемпературы; если эту способность при 18<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">°

принять за единицу, то при74<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°она будет иметь коэффициент 0,05.

К наиболее резким охладителям относится 10%-ный раствор NaOHвводе, при 18<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°

его коэффициент –2,0; кумеренным – минеральные масла с коэффициентом 0,2-0,25.

При закалке применяют различные приемы охлаждения в зависимости отмарки стали, формы и размеров детали и технических требований к ним.

Простая закалка в одном охладителе(чаще всего в воде или в водных растворах)выполняется путем погружения в него детали до полного охлаждения. Приохлаждении необходимо освобождать деталь от слоя пара хороший теплоизолятор.Такой способ закалки самый распространенный.

Для получения высокой твердости и наибольшей глубины закаленного слоядля углеродистой стали применяют охлаждение деталей при интенсивномобрызгивании.

Прерывистойзакалкой называют такую, при которой деталь охлаждают последовательнов двух средах: первая среда – охлаждающая жидкость (обычно вода); вторая –воздух или масло. Резкость такой закалки меньше, чем предыдущей.

При ступенчатой закалке деталь быстро погружают в солянойрасплав и охлаждают до температуры несколько выше МН (см.рис. 3), короткое время выдерживают и затем охлаждают на воздухе. Выдержкаобеспечивает выравнивание температуры от поверхности к сердцевине детали, чтоуменьшает напряжения, возникающие при мартенситном превращении.

Способ погружения деталей в закалочную ванну должен быть таким, чтобыпри закалке они как можно меньше коробились. Детали с большим отношением длинык диаметру или ширине (напильники, сверла и др.) следует погружать в охладительвертикально.

Изотермическая закалка.Изотермическая закалка (закалка в горячих средах)основана на изотермическом распадении аустенита; охлаждение ведется не докомнатной температуры, а до температуры несколько выше начала мартенситногопревращения (200-300<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°

, в зависимости от маркистали). В качестве охладителя используют соляные расплавы или нагретое до200-250<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°масло. При температурегорячей ванны деталь выдерживается продолжительное время, пока пойдутинкубационный период и распадение аустенита. В результате получается структураигольчатого троостита, по твердости близкого к мартенситу, но более вязкого ипрочного. Последующее охлаждение производится на воздухе.

При изотермической закалке вначале требуется быстрое охлаждение соскоростью не менее критической, чтобы избежать распадения аустенита в условиях,отвечающих перегибу С-образной кривой (см. рис. 7). Следовательно, по этомуметоду можно закаливать только небольшие (примерно, диаметром до 8 мм) деталииз углеродистой стали, так как запас энергии в более тяжелых деталях непозволит достаточно быстро их охладить. Это не относится, однако, клегированным сталям, большинство марок которых имеет значительно меньшиекритические скорости закалки. Большим преимуществом изотермической закалкиявляется возможность рихтовки (исправление искривлений) изделий во времяинкубационного периода распадения аустенита (который длится несколько минут),когда сталь еще мягка и пластична. После изотермической закалки детали свободныот внутренних напряжений и не имеют трещин.

Виды поверхностной закалки.При поверхностной закалке выше критическойтемпературы нагревается только тонкий поверхностный слой детали, а внутриметалл почти не нагревается. После закалки детали имеют твердый поверхностныйслой и вязкую сердцевину.

<img src="/cache/referats/14222/image016.jpg" v:shapes="_x0000_i1032">

Рис. 8. Схема закалки с помощью газовой горелки.

Закалка при помощи газовой горелкисхематично показана на рис. 8.Кислородно-ацетиленовое пламя газовой горелки с температурой около 3200<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°

направляется на поверхность закаливаемойдетали и быстро нагревает ее до температуры выше критической. Вслед за горелкойиз трубки на поверхность детали направляется струя воды, закаливая нагретыйслой стали.

Способ этот с успехом применяется для закалки поверхностного слоязубьев больших шестерен, подверженных сильному износу.

<img src="/cache/referats/14222/image018.jpg" v:shapes="_x0000_i1033">

Рис. 9. Схема индукционной закалки.

Закалка токами высокой частотыпо методу В.П. Вологдина нашла очень широкоеприменение в промышленности, так как отличается высокой производительностью,легко поддается управлению и обеспечивает хорошее качество. Закаливаемая деталь5 (рис. 9) помещается в индуктор (катушку) 4, по которомупропускается ток высокой частоты. Ток поступает через трансформатор 3 отмашинного генератора 1, приводимого во вращение электродвигателем 2.Возбуждаемый при этом в детали ток имеет наибольшую плотность у поверхности ибыстро нагревает поверхность детали. Когда нагрев закончен, детальобрызгивается водой из индуктора, который для этого делается полым сотверстиями.

Для улучшения коэффициента мощности высокочастотной установки включеныконденсаторы 6.

Регулируя мощность тока и время выдержки, можно ограничить нагрев натолщину от долей миллиметра до десятков миллиметров.

Машинные генераторы с частотой тока до 10 кГц обычно применяют длязакалки на глубину свыше 2 мм. При закалке на глубину меньше 2 мм пользуютсявысокочастотными ламповыми генераторами, создающими ток весьма высокой частоты,который можно изменять в зависимости от особенностей закаливаемых деталей.

Дефекты закалки.К этим дефектам относится: трещины, поводки, или коробление иобезуглероживание.

Главная причина трещин и поводки – неравномерное изменение объемадетали при нагреве и, особенно, при резком охлаждении. Другая причина –увеличение объема при закалке на мартенсит.

Трещины возникают потому, что напряжения при неравномерном измененииобъема в отдельных местах детали превышают прочность металла в этих местах.

Лучшим способом уменьшения напряжений является медленное охлаждениеоколо температуры мартенситного превращения (точка МН). Приконструировании деталей необходимо учитывать, что наличие острых углов и резкихизменений сечения увеличивает внутреннее напряжение при закалке.

Коробление (или поводка) возникает также от напряжений в результатенеравномерного охлаждения и проявляется в искривлениях деталей. Если этиискривления невелики, они могут быть исправлены, например, шлифованием. Трещиныи коробление могут быть предотвращены предварительным отжигом деталей,равномерным и постепенным нагревом их, а также применением ступенчатой иизотермической закалки.

Обезуглероживание стали с поверхности – результат выгорания углеродапри высоком и продолжительном нагреве детали в окислительной среде. Дляпредотвращения обезуглероживания детали нагревают в восстановительной илинейтральной среде (восстановительное пламя, муфельные

еще рефераты
Еще работы по материаловедению