Термообработка - это вид обработки металла путём воздействия на него определённой температурой для изменения внутреннего атомно-кристаллического строения и придания специальных свойств. Термообработка позволяет придать металлическим изделиям повышенную твердость и износостойкость поверхности, а также улучшить сопротивляемость внешним агрессивным воздействиям.
Закалка деталей - является основным способом термообработки для улучшения механических свойств изделия. Закалка заключается в нагреве металлической детали до определённой температуры и быстрым её охлаждением в воде, масле или другой охлаждающей среде, позволяющей обеспечить высокую скорость охлаждения металла. В процессе нагрева под закалку металл меняет свою атомно-кристаллическую структуру на более прочную, которая не существует при комнатной температуре. При достаточно быстром охлаждении эта структура не успевает распасться и остаётся существовать уже при низких температурах, придавая металлу высокие механические свойства.
Отпуск деталей после закалки - является вторичной термообработкой, которая может применяться только к деталям, прошедшим процесс закалки. Структура металла, полученная после закалки, является очень хрупкой из-за наличия механических напряжений между кристаллами металла. Для устранения этих напряжений и применяется отпуск металла. Отпуск заключается в нагреве металла до невысоких температур (порядка 200-500 градусов) и выдержке в несколько часов при этой температуре. Данная операция позволяет закаленной структуре металла частично изменить своё строение и удалить напряжения между зернами, устранив хрупкость, при этом механические свойства практически не уменьшаются. Совместная термообработка: закалка с последующим отпуском, называется улучшением, а стали, которые ей подвергают - улучшаемыми.
Отжиг деталей - вид термообработки, позволяющий придать металлу исходную структуру, снизить твердость и подготовить металл к последующей закалке на нужную твердость.
Цементация деталей - применяется для повышения механических свойств сталей с низким содержанием углерода (до 0,35 %). Детали из этих сталей часто работают в условиях ударных и вибрационных нагрузок, и низкое содержание углерода снижает их хрупкость. Однако при этом требуется обеспечить высокую твёрдость поверхности для деталей, работающих в паре. Для этого применяют цементацию поверхности. Детали помещают в ёмкости с веществами, содержащими большое количество углерода, например, древесный уголь, и нагревают там без доступа воздуха до высоких температур. Таким образом углерод переходит в поверхность детали и далее можно провести её закалку, при этом поверхность становится твёрдой, а середина детали остается мягкой и хорошо держит ударные нагрузки.
К некоторым цветным металлам также возможно применить такой вид термообработки, как старение. Старение заключается в выдержке сплава цветных металлов при повышенной температуре (порядка 150-250 градусов) в течение длительного времени (от суток и более). Данные процесс улучшает проникновение атомов металла в сплаве в соседние кристаллические решётки и способствует повышению механических свойств всего сплава.
Для проведения термообработки применяется разнообразное оборудование. Различают способы термообработки объёмные и поверхностные, для которых оборудование будет разным.
Объёмную термообработку проводят путём нагрева детали целиком. Для этого хорошо подходят различные муфельные печи в том числе вакуумные. В данных печах нагревание производиться аналогично электрической плите от нагревательных элементов внутри закрытой теплоизолированной камеры. В данном оборудовании хорошо реализован контроль температуры нагреваемой детали, что позволяет полностью контролировать процесс термообработки. Также при объёмной термообработке, может применяться нагрев открытым пламенем или другие способы, позволяющие нагреть деталь целиком.
К поверхностным методам термообработки чаще всего относят воздействие токами высокой частоты (ТВЧ). В данном случае деталь помещается в специальный медный индуктор, соответствующей её форме, без контакта с ним. По индуктору пропускают переменный ток высоких частот (100 кГц и более), что вызывает разогрев неглубокого поверхностного слоя детали, причем, чем больше частота тока, тем меньше прогреваемый слой. Таким образом, можно провести закалку только поверхностного слоя детали.
Для поверхностных методов термообработки применяются индукционные нагревательные станции различных марок, которые содержат медные индукторы для работы с деталями и генераторы тока высоких частот, чаще всего ламповые. Данное оборудование является крайне дорогостоящим, высокопроизводительным и применяется при термообработке больших партий деталей.
Сама по себе термообработка не является сложным технологическим процессом. Однако большое значение имеет подбор технологических режимов, таких как:
И другие технологические параметры, которые для различных марок сталей, чугунов и цветных сплавов могут значительно отличаться.
Также большое влияние на процесс термообработки оказывает качество и функционал имеющегося оборудования, возможность точного определения температуры нагрева и времени. Для получения качественной термообработки Ваших деталей, лучше доверить эту работу профессионалам, имеющим глубокие знания в области материаловедения и доступ к необходимому технологическому оборудованию.
Оборудование для термообработки в промышленности используется практически повсеместно. Нагрев материалов является важным этапом для их последующего видоизменения, поэтому к выбору печи следует подходить со всей ответственностью. Печи для термической обработки металла характеризуются не только возможностью достижения высоких температур, но и точностью выставленных настроек. Это позволяет добиваться идеальных условий для преобразования и гарантировать надлежащее качество продукции.
Так выглядит современная модель печи SNOL
Оборудование промышленное для термообработки активно используется для:
В зависимости от производственной необходимости и размера конструкции, в печь она может помещаться вся целиком или же ее отдельная часть
Оборудование для термической обработки стали, чугуна, алюминия и других металлов предназначается для нагревания и последующего охлаждения сырья. Во время этих процессов изменяется его структура и свойства, в то время как химический состав остается первоначальным. Основными видами термического воздействия являются:
Процесс обработки металлических заготовок в промышленной печи
Так как печи и оборудование для термообработки предназначаются для различных целей, они различаются по:
В зависимости от используемого топлива, оборудование для термообработки металлов и других материалов можно разделить на такие виды:
Для того чтобы уменьшить теплопотери, камерные печи для термообработки обладают хорошей изоляцией и изготавливаются из огнеупорных материалов. Поды таких устройств выполняются из чугуна, стали, могут быть также керамическими или кремниевыми.
Благодаря возможности выставления точных настроек, печь может работать в широком температурном диапазоне – от незначительного нагрева до полного расплавления материала
Термическая камерная газовая печь на новом объекте, готовая к работе
Муфельное оборудование для термообработки, купить которое можно в компании «Лабор», отличается особыми возможностями камеры. Она служит для нескольких целей одновременно:
Материалами для изготовления муфельных печей могут являться керамика, глина, минеральная вата, асбест, кирпич и другие.
Печь SNOL с керамической камерой и сама камера
Электрическое оборудование для термической обработки металлов отличается наибольшим разнообразием моделей и разновидностей. По способу воздействия на материал и преобразованию энергии, они делятся на:
Новенькая электрическая печь с камерой из термоволокна
Несмотря на различия в способах работы оборудования для термической обработки, все они имеют схожее устройство, которое включает в себя:
Так как ассортимент аппаратов для обработки металлов, керамики, фарфора и пр. постоянно обновляется, для правильного выбора подходящего устройства обращайтесь к специалистам компании «Лабор»! Мы непременно поможем вам выбрать оптимальное оборудование для поставленных целей.
Кафедра технологии машиностроения
Контрольная работа
по дисциплине «Технология машиностроения»
на тему: Технология и оборудования термической обработки в машиностроение
Новосибирск
Введение………………………………………………………………………...3
1. Технология термической обработки …….………………………………..4
1.1 .Отжиг стали …………………………………………………………………4
1.2 .Нормализация стали.…...………………………………………………….7
1.3 .Закалка стали …………………………………..……………………………7
1.4 .Обработка стали холодом …………………………..……………………...9
1.5 .Отпуск закаленной стали ………………………………………………… 9
2. Термическая обработка чугунов ………………………………………...10
2.1 .Отжиг чугуна ……………..……………………………………………..…10
2.2 .Нормализация чугуна.................................................................................12
2.3 .Закалка чугуна..………………………………………………………..… 13
2.4 .Отпуск……………………………………………………………………...14
3. Технология термической обработки цветных металлов…………………14
3.1 .Алюминий и его сплавы……………………………………………………14
3.2 .Титан и его сплавы…………………………………………………………17
3.3 .Магний и его сплавы………………………………………………………. 18
3.4 .Медь и его сплавы…………………………………………………………..19
4. Оборудования для термической обработки………………………………..19
Заключение……………………………………………………………………...24
Список литературы……………………………………………………………...25
Введение
В развитии машиностроительной промышленности значительная роль принадлежит термистам, так как термическая обработка является одной из основных, наиболее важных операций общего технологического цикла обработки, от правильного выполнения которой зависит качество (механические и физико-химические свойства) изготовляемых деталей машин и механизмов, инструмента и другой продукции.
Перспективным направлением совершенствования технологии термической обработки является интенсификация процессов нагрева, установка агрегатов для термической обработки в механических цехах, создание автоматических линий с включением в них процессов термической обработки, а также и разработка методов, обеспечивающих повышение прочностных свойств металлических материалов и эксплуатационных свойств деталей, их надежности и долговечности. Только изучив теорию и практику термической обработки металлов, термист может успешно работать на современных машиностроительных заводах, успешно внедрять в технологию термической обработки новейшие достижения науки и техники, бороться за механизацию и автоматизацию технологических процессов.
Целью работы является рассмотрение оборудования и технологии термической обработки.
1. Технология термической обработки стали
1.1. Отжиг стали
Отжигом называют вид термической обработки состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке и медленном охлаждении.
В процессе отливки, прокатки или ковки стальные заготовки охлаждаются неравномерно, что приводит к неоднородности структуры и свойств, возникновению внутренних напряжений. Для устранения различного рода структурных неоднородностей проводят отжиг.
Различают несколько видов отжига различающихся по технологии выполнения и цели. Для измельчения зерна перегретой стали, снижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием применяют полный, неполный, изотермический отжиги и отжиг на зернистый перлит. Для уменьшения внутреннего напряжения, снижения твердости, повышения пластичности и изменения формы зерен холоднодеформированного металла применяют рекристаллизационный отжиг. Для устранения внутрикристаллитной ликвации в легированных сталях - высокотемпературный диффузионный отжиг .
Температурные интервалы основных видов отжига для углеродистых сталей представлены на рис.1.
Рис. 1. Температурные интервалы нагрева различных видов отжига:
1 – полный и изотермический; 2 – неполный; 3 – отжиг на зернистый перлит; 4 – рекристаллизационный.
Полный отжиг проводится для доэвтектоидных и эвтектоидных сталей. Температура нагрева на 30°-50°С выше А3, т.е. структуру полностью переводят в аустенитное состояние. После выдержки сталь медленно охлаждают в печи. Скорость охлаждения углеродистых сталей 100-150 °С/час, легированных - 30-40 °С/час. Структура стали после полного отжига получается феррито-перлитная, т.е. такая, как по диаграмме Fe-C.
Неполный отжиг проводят практически для инструментальных заэвтектоидных сталей, только в том случае, если в структуре нет цементита по границам зерен (сетка цементита). Если есть сетка цементита, то для ее устранения применяют нормализацию, что будет рассмотрено ниже. Температура нагрева на 30°-50°С выше А1 (750°-780°С). При нагреве структура будет состоять из аустенита и цементита, после медленного охлаждения из перлита и цементита.
Изотермический отжиг проводят с той же целью, что и полный, но время на его проведение требуется меньше (рис.2) .
Рис. 2. Режим охлаждения при изотермическом (1) и полном отжиге (2).
После нагрева до температуры на 30°-50°С выше А1, выдержке для выравнивания температуры по сечению, сталь подстуживают немного ниже А1 (650°-700°С) и выдерживают при этой температуре до полного распада аустенита на феррит и перлит, дальнейшее охлаждение с любой скоростью.
В отличие от других видов отжига здесь распад аустенита проходит не при непрерывном охлаждении, а в изотермических условиях (при постоянной температуре). Проводить такой отжиг проще, т.к. контролировать температуру легче, чем скорость охлаждения.
Изотермический отжиг обычно применяют для легированных сталей обладающих высокой устойчивостью аустенита (кривая изотермического распада сильно сдвинута вправо). Такой отжиг можно применять только для мелких заготовок, у которых температура по сечению выравнивается сравнительно быстро.
Отжиг на зернистый перлит проводят с целью улучшить обрабатываемость резанием за счет снижения твердости при переводе пластинчатого перлита в зернистый. Такой отжиг применяют для эвтектоидной и заэвтектоидных сталей (при отсутствии сетки цементита) .
Отжиг проводят по одному из следующих режимов:
1. Нагрев на 20°-30°С выше А1, выдержка 3-5 часов, медленное охлаждение
2. Нагрев до тех же температур с небольшой выдержкой, охлаждение до 600°С, снова нагрев до 740°-750°С и снова охлаждение до 600°С. Такие циклы нагрева и подтуживания повторяют 2-4 раза, т.е. проводят как бы покачивание температуры стали около А1. Поэтому такой отжиг называют еще маятником отжигом. Графически режим маятникового отжига представлен на рис.3 .
Отжиг рекристаллизационный применяют для снижения прочности, твердости, повышения пластичности и устранения вытянутости зерен после холодной пластической деформации (например, промежуточные отжиги при волочении проволоки). Такому отжигу подвергают малоуглеродистые стали, так как высокоуглеродистые стали в холодном состоянии деформируются плохо и их такой обработке практически не подвергают.
Нагрев при этом отжиге проводят ниже температуры А1 до 600°-700°С с последующим охлаждением в печи или на воздухе. При этом временное сопротивление разрыву (высокое после деформации) снижается, а пластичность растет.
1.2. Нормализация стали
Нормализация заключается в нагреве стали на 30°-50°С выше критических температур А3 и Асм (рис.4) с последующим охлаждением на воздухе .
Рис. 4. Фрагмент диаграммы Fe-C
Цель нормализации доэвтектоидных конструкционных сталей несколько повысить прочность (по сравнению с прочностью после отжига) за счет измельчения структурных составляющих (феррита и перлита).
Цель нормализации заэвтектоидных инструментальных сталей - устранить цементитную сетку по границам перлитных зерен и тем самым предотвратить повышенную хрупкость стали при последующей закалке .
1.3. Закалка стали
Закалка - вид термической обработки состоящий в нагреве стали до определенных температур (доэвтектоидных на 30°-40°С выше А3, заэвтектоидных на 30°-40°С выше А1), выдержке и быстром охлаждении, со скоростью более верхней критической.
Цель закалки - повысить твердость, прочность, износоустойчивость.
Скорость охлаждения при закалке обычно задают охлаждающей средой (вода, масло, специальные среды).
Используются несколько способов закалки, которые классифицируются по методу охлаждения. Закалка в одном охладителе (воде или масле). Наиболее простой и распространенный способ. Однако некоторые стали при охлаждении в воде склонны к возникновению трещин. При охлаждении в масле скорость охлаждения меньше, но многие стали при таком охлаждении не закаливаются (скорость охлаждения меньше Vвкз и мартенсит не образуется).
Закалка в двух охладителях (через воду в масло)
При этом методе в верхнем интервале температур скорость охлаждения велика, но сталь достаточно пластична и значительных напряжений не возникает. В области же мартенситного превращения (ниже 300°С) скорость охлаждения при переносе детали в масло значительно меньше, что практически исключает образование трещин. Твердость при таком методе закалки такая же, как при закалке в воде.
Ступенчатая закалка заключается в том, что после нагрева детали переносят в печь-ванну с расплавом щелочей (обычно КОН+NaOH). Нагретую до температуры немного выше начала образования мартенсита (350°-400°С), выдерживают небольшое время для выравнивания температуры по сечению, а затем охлаждают в масле или на воздухе. Твердость после такой закалки такая же, как и в предыдущих способах, но напряжения и вероятность образования трещин еще меньше. Ступенчатая закалка применяется только для мелких изделий (до 10 мм) из углеродистых сталей. Для более крупных деталей ее не применяют, так как в расплаве щелочей скорость охлаждения внутри детали мала.
Изотермическая закалка проводится так же как и ступенчатая, но в расплаве щелочей детали выдерживают более длительное время (до полного распада аустенита на бейнит). При этом существенных напряжений не возникает, но твердость получается ниже, чем при других способах закалки. Преимуществом этого способа является то, что после него не требуется отпуска. Изотермическая закалка обычно применяется для деталей сложной формы, склонных к деформациям и образованию трещин .
Все рассмотренные способы закалки показаны на диаграмме распада переохлажденного аустенита на рис.5 .
Рис.5. Различные способы закалки: 1 – в одном охладителе, 2 – в двух охладителях, 3 – ступенчатая, 4 - изотермическая
1.4. Обработка стали холодом
Обработку стали холодом применяют для уменьшения количества остаточного аустенита в закаленных высокоуглеродистых сталях. При охлаждении до -70..-190°С остаточный аустенит превращается в мартенсит.
Обработку холодом проводят непосредственно после закалки путем погружения изделий в смесь авиационного бензина с жидким азотом на 1-1,5 часа.
Обработка холодом обычно применяется:
1. Для инструмента из быстрорежущих сталей и деталей
шарикоподшипников с целью повышения твердости;
2. Для улучшения свойств постоянных магнитов;
3. Для стабилизации размеров точного измерительного инструмента (например, калибров) .
1.5. Отпуск закаленной стали
Отпуск - вид термической обработки состоящий в нагреве закаленной стали до температур ниже А1, выдержке и охлаждении в воде или на воздухе.
Отпуску подвергают все закаленные стали с целью уменьшения внутренних напряжений, повышения ударной вязкости при некотором снижении твердости и прочности.
В зависимости от требований предъявляемых к изделиям их подвергают отпуску при различных температурах.
Низкий отпуск (150°-220°С) проводится с целью чуть-чуть снизить остаточные напряжения без существенного снижения твердости. Применяется для металлорежущего инструмента из высокоуглеродистых сталей и деталей работающих на истирание (например, шестерни). Получаемая структура - отпущенный мартенсит.
Средний отпуск (300°-500°С) проводят с целью более полно снять напряжения и повысить ударную вязкость за счет более значительного снижения твердости. Применяется для деревообрабатывающего инструмента, рессор, пружин, штампов. Получаемая структура - тростит отпуска.
Высокий отпуск (500°-680°С) проводят обычно для деталей из легированных сталей с целью получить хорошее сочетание прочности и ударной вязкости .
2.Термическая обработка чугунов.
Термическую обработку чугунов проводят с целью снятия внутренних напряжений, которые возникают при литье и вызывают изменения размеров и формы отливки с течением времени, снижение твёрдости и улучшение обрабатываемости резанием, повышение механических свойств.
Чугун подвергают отжигу, нормализации, закалке и отпуску, а также некоторым видам химико-термической обработки (азотированию, алитированию, хромированию) .
Отжигу для снятия внутренних напряжений подвергают чугуны при следующих температурах:
- серый чугун с пластинчатым графитом 500° –570°С;
Высокопрочный с шаровидным графитом 550° – 650°С;
Низколигированный 570° – 600°С;
Высоколигированный чугун (типа нирезист) 620° – 650°С.
Нагрев медленный со скоростью 70° – 100°С/ час, выдержка при температуре нагрева зависит от массы и конструкции отливки и составляет от 1-го до 8-ми часов. Охлаждение до 250°С (для предупреждения возникновения термических напряжений) медленное, со скоростью 20° – 50°С /ч, что достигается охлаждением отливки вместе с печью. Далее отливки охлаждают на воздухе.
При этом отжиге фазовых превращений не происходит, а снимаются внутренние превращения, повышается вязкость, исключается коробление и образование трещин в процессе эксплуатации.
Графитизирующий отжиг применяют для получения ковкого чугуна из белого чугуна и для устранения отбела отливок из серого чугуна.
Графитизацию при температурах выше критической можно представить следующим образом:
Цементит → аустенит и графит .
Процесс графитиззации начинается с возникновения графитных центров, которые наиболее легко зарождаются в местах нарушения сплошности – в закалочных и деформационных микротрещинах, усадочных микропорах. В исходном состоянии белый доэвтектический чугун имеет структуру, которая состоит из перлита, вторичного и эвтектического цементита. При переходе через эвтектоидный интервал температур перлит превращается в аустенит, а при повышении температуры до 950°-1000°С происходит распад цементита (эвтектического и вторичного) и образуется структура аустенит и графит. Этот процесс называют первой стадией графитизации.
Полной графитизации, то есть получения структуры, которая состоит из перлита и графита, можно достигнуть охлаждением чугуна;
1. в эвтектоидном интервале температур с такой скоростью, чтобы происходил прямой эвтектоидный распад аустенита на феррит и графит
(А → Ф + Г);
2. немного ниже эвтектоидного интервала температур с образованием из аустенита перлита с выдержкой при этой температуре для графитизации эвтектоидного цементита (Ц → Ф + Г).
И в том и в другом случае будет получаться структура феррит и графит; этот процесс называют второй стадией графитизации.
Отжиг с предварительной закалкой заключается в том, что белый чугун подвергают закалке с 900°-950°С в воде или масле. При закалке, во время мартенситного превращения, образуются многочисленные микротрещины, в которых наиболее легко зарождаются центры графитизации.
Отжиг с предварительной низкотемпературной выдержкой заключается в том, что белый чугун выдерживают в течении 6-ти - 8-ми часов при температуре 350°-400°С. Число центров графитизации увеличивается, и сокращается время отжига. Механизм влияния низкотемпературной выдержки ещё не установлен.
Низкотемпературный отжиг применяют для снятия внутренних остаточных напряжений отливок серого чугуна. Данный отжиг проводят по следующему режиму: медленный нагрев отливок (30°-180°С/ч) до 530°-620°С, выдержка при этой температуре 1-4 часа (с момента нагрева до заданной температуры наиболее толстого сечения отливки) и медленное охлаждение вместе с печью со скоростью 10°-30°С/ч до 250°-400°С. В результате такого отжига внутренние остаточные напряжения уменьшаются на 80-85% и увеличивается количество феррита .
2.2 Нормализация
Нормализацию применяют для увеличения связанного углерода, повышения твердости, прочности и износостойкости серого, ковкого и высокопрочного чугунов. При нормализации чугун нагревают выше температур интервала превращения (850°-950°С) и после выдержки в течение 0.5-3.0 часа, при которой должно произойти насыщение аустенита углеродом, охлаждают на воздухе.
Растворение графита в Y-фазе является важным процессом при нормализации чугуна с ферритной или феррито-перлитной структурой. Этот процесс подобен цементации стали; разница в том, что при цементации происходит насыщение поверхностного слоя стальной детали углеродом из внешней среды, а при нагреве чугунной отливки «карбюризатором» являются многочисленные включения графита, расположенные в металлической основе, и насыщение углеродом происходит во всём объёме отливки .
2.3 Закалка
При закалке чугуна превращения аналогичны превращениям, происходящим при закалке стали. Но в связи с наличием в чугуне включений графита закалка чугунов имеет следующие особенности.
Закалка проводится из двухфазного аустенито-графитного состояния.
При нагреве происходит растворение графита в аустените, в связи с чем, несмотря на различную исходную структуру чугуна, превращению при охлаждении подвергается аустенит с эвтектоидной или заэвтектоидной концентрацией углерода. Закалке подвергают серый, ковкий и высокопрочный чугун для повышения твёрдости, прочности и износостойкости. По способу выполнения закалка чугуна может быть объёмной непрерывной, изотермической и поверхностной.
При объёмной непрерывной закалке чугун нагревают под закалку (медленно для отливок сложной конфигурации) до температуры на 40° – 60°С выше интервала превращения (обычно до 850° – 930°С) с получением структуры аустенит и графит. Затем дают выдержку для прогрева и насыщения аустенита углеродом; выдержка тем длиннее, чем больше феррита и меньше перлита, например, 10 – 15 мин для перлитных чугунов и до 1,5 – 2 часа для ферритных чугунов. Отливки охлаждают в воде (простой конфигурации) или в масле (сложной конфигурации).
При изотермической закалке чугун нагревают до 830° – 900°С выдерживают 0,2 – 1,5 часа и охлаждают в расплавленных солях, имеющих температуру 250° – 400°С, и после выдержки охлаждают на воздухе. Структура чугуна после изотермической закалки состоит из бейнита, остаточного аустенита и графита. Преимущество изотермической закалки – резкое уменьшение закалочных напряжений и коробления.
Поверхностную закалку с нагревом с помощью токов высокой частоты применяют для повышения поверхностной твёрдости и износостойкости чугунных отливок. Поверхностной закалке рекомендуется подвергать перлитные чугуны. Это объясняется тем, что при нагреве перлитных чугунов нет необходимости в насыщении аустенита углеродом за счёт растворения графита. Превращения, происходящие при поверхностной закалке таких чугунов, аналогичны превращениям при поверхностной закалке перлитных чугунов 840° – 950°С, время нагрева – несколько секунд, скорость нагрева около 400°С/с, охлаждение в воде или эмульсии. Микроструктура поверхностного слоя – мелкоигольчатый мартенсит и включения графита. После поверхностной закалки проводится низкий отпуск. Поверхностной высокочастотной закалке подвергают детали из перлитного чугуна, работающие на износ – направляющие станин станков (изготовляемые из модифицированного серого чугуна), коленчатые и кулачковые валы (из высокопрочного чугуна), гильзы цилиндров (из легированного чугуна) и другие детали .
2.4 Отпуск
Отпуск проводится с целью снятия термических напряжений, повышения твёрдости, прочности и износостойкости. Нагрев проводят медленный для
сложных изделий до температуры 150° – 300°С для деталей работающих на износ или 400° – 600°С, затем дают выдержку 1 – 3 часа. Охлаждение проводят на воздухе .
3. Технология термической обработки цветных металлов.
3.1Алюминий и его сплавы
подвергают различным видам термической обработки в зависимости от состава сплавов, вида полуфабрикатов, деталей и заготовок, а также их назначения. В алюминии нет полиморфного и мартенситного превращений. Поэтому для алюминиевых сплавов виды термической обработки, связанные с этими превращениями, исключены.
Отличительная особенность алюминия заключается в его высокой теплопроводности, поэтому проблема прокаливаемости имеет важного значения. Склонность алюминия и его сплавов к взаимодействию с газами, составляющими атмосферу печи, невелика. Поэтому не возникало особой необходимости.
Наибольшее распространение для алюминиевых сплавов получили три вида термической обработки: отжиг, закалка и старение.
Отжиг. Отжиг алюминиевых сплавов применяют в том случае, когда необходимо ликвидировать нежелательные последствия, связанные с неравновесностью структуры. Наиболее часто при неравновесной структуре наблюдается пониженная пластичность, низкая коррозионная стойкость и недостаточная деформационная способность. Применительно к алюминиевым сплавам наиболее распространены следующие ее разновидности:
1. Неравновесное состояние, свойственное литым сплавам. При получении слитков и отливок скорости охлаждения достаточно высоки, и поэтому кристаллизация протекает в неравновесных условиях, что приводит к явлениям дендритной ликвации компонентов сплава. При этом легирующие компоненты в примеси распределяются неравномерно по объему литых зерен, а на границах появляются неравновесные интерметаллические фазы. Такой характер структуры обусловливает низкую технологическую пластичность сплавов и малую коррозионную стойкость.
2. Неравновесное состояние, вызванное пластической деформацией, при которой происходят существенные структурные изменения, часть энергии деформации поглощается, и свободна" энергия системы повышается.
3. Неравновесное состояние, являющееся результатом предыдущей термической обработки. Основная особенность такого состояния - присутствие в сплаве более или менее пересышеного легирующими компонентами твердого раствора на основе алюминия.
4. Неравновесное состояние, вызванное остаточными напряжениями в объеме металла.
При отжиге, основными параметрами которого являются температура и скорость нагрева, а также продолжительность выдержки при заданной температуре, все рассмотренные выше отклонения от равновесного состояния могут быть устранены. При этом пластичность сплавов всегда возрастает.
Для алюминиевых сплавов применяют следующие виды отжига: гомогенизационный отжиг, рекристаллизационный отжиг деформированных полуфабрикатов, отжиг термически упрочненных сплавов для разупрочнения и отжиг для снятия остаточных напряжений .
Закалка. Сущность процесса состоит в нагреве сплавов до температур, достаточных для растворения низкотемпературных фаз, выдержке при этих температурах и охлаждении со скоростями, обеспечивающими отсутствие процессов распада.
Температуру нагрева под закалку выбирают в зависимости от природы сплава. Так как растворение неравновесных фазовых процессов - диффузионный, то температура закалки должна быть возможности высокой. Она не может превышать темпера неравновесного солидуса сплавов из-за возникновения пережога, резко снижающего механические свойства. Продолжительность выдержки при температуре нагрева под закалку определяется скоростью растворения легирующих элементов, входящих в избыточные фазы, и зависит от природы сплава, его структурного состояния и условий нагрева. Скорости охлаждения при закалке должны обеспечивать фиксацию в твердом растворе концентраций легирующих компонентов, свойственных высоким температурам. При выборе охлаждающей среды необходимо принимать во внимание и толщину изделий .
Старение. Старение применяют для повышения прочностных характеристик алюминиевых сплавов. Для этого можно использовать естественное и искусственное старение.
Изменения структуры и свойств определяются разными механизмами распада в зависимости от температуры и времени старения. При низких температурах или коротких временах выдержки упрочнение связано с образованием зон Гинье -Престона (ГП) (рис.6) .
Рис.6 Схема зоны Гинье-Престона (по Герольду): белые кружки - атомы алюминия; черные - атомы меди
Этот вид старения, являющийся основным для сплавов типа дуралюмина, называют зонным старением. С увеличением температуры старения или времени выдержки может проявиться другой механизм упрочнения, когда оно достигается вследствие выделения из твердого раствора метастабильных фаз, которые имеют с матрицей когерентные или полукогерентные границы. Такое старение, протекающее обычно при повышенных температурах, называют фазовым старением:
Дальнейшее увеличение времени старения приводит к тому, что образуются выделения стабильных фаз, имеющие с матрицей некогерентные границы. Коагуляция этих фаз разупрочняет сплавы, и соответствующий вид старения называют коагуляционным старением.
Возврат при старении. Этот вид термической обработки применяют к закаленным и естественно состаренным алюминиевым сплавам. Сущность этого вида термообработки сводится к следующему. Если естественно состаренный сплав алюминия нагреть на очень короткий промежуток времени до температур, превышающих линию сольвуса для зон Гинье - Престона, то зоны растворяются, а процессы фазового старения еще не успевают протекать. При последующем быстром охлаждении структура и свойства сплава соответствуют свежезакаленному состоянию .
3.2 Титан и его сплавы
Титан серебристо-белый легкий металл с плотностью 4,5 г/см³. Температура плавления титана зависит от степени чистоты и находится в пределах 1660…1680°С.
Чистый иодидный титан, в котором сумма примесей составляют 0,05…0,1 %, имеет модуль упругости 112 000 МПа, предел прочности около 300 МПа, относительное удлинение 65%. Наличие примесей сильно влияет на свойства. Для технического титана ВТ1, с суммарным содержанием примесей 0,8 %, предел прочности составляет 650 МПа, а относительное удлинение – 20 %.
При температуре 882°С титан претерпевает полиморфное превращение, титан с гексагональной решеткой переходит в – титан с объемно-центрированной кубической решеткой. Наличие полиморфизма у титана создает предпосылки для улучшения свойств титановых сплавов с помощью термической обработки.
Титан имеет низкую теплопроводность. При нормальной температуре обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, в воде, в органических и неорганических кислотах (не стоек в плавиковой, крепких серной и азотной кислотах), благодаря тому, что на воздухе быстро покрывается защитной пленкой плотных оксидов. При нагреве выше 500°С становится очень активным элементом. Он либо растворяет почти все соприкасающиеся и ним вещества, либо образует с ними химические соединения.
Титановые сплавы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими:
Сочетание высокой прочности( МПа)с хорошей пластичностью ;
Малая плотность, обеспечивающая высокую удельную прочность;
Хорошая жаропрочность, до 600…700°С;
Высокая коррозионная стойкость в агрессивных средах.
Однородные титановые сплавы, не подверженные старению, используют в криогенных установках до гелиевых температур .
3.3 Магний и его сплавы
Магний – очень легкий металл, его плотность – 1,74 г/см³. Температура плавления – 650°С. Магний имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку. Очень активен химически, вплоть до самовозгорания на воздухе. Механические свойства технически чистого магния (Мг1): предел прочности – 190 МПа, относительное удлинение – 18 %, модуль упругости – 4500 МПа. Основными магниевыми сплавами являются сплавы магния с алюминием, цинком, марганцем, цирконием. Сплавы делятся на деформируемые и литейные. Сплавы упрочняются после закалки и искусственного старения. Закалку проводят от температуры 380…420°С, старение при температуре 260…300°С в течение 10…24 часов. Особенностью является длительная выдержка под закалку – 4…24 часа .
3.4 Медь и ее сплавы
Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку. Плотность меди 8,94 г/см³, температура плавления 1083°С. Характерным свойством меди является ее высокая электропроводность, поэтому она находит широкое применение в электротехнике. Технически чистая медь маркируется: М00 (99,99 % Cu), М0 (99,95 % Cu), М2, М3 и М4 (99 % Cu). Механические свойства меди относительно низкие: предел прочности составляет 150…200 МПа, относительное удлинение – 15…25 %. Поэтому в качестве конструкционного материала медь применяется редко. Повышение механических свойств достигается созданием различных сплавов на основе меди. Различают две группы медных сплавов: латуни – сплавы меди с цинком, бронзы – сплавы меди с другими (кроме цинка) элементами .
4. Оборудование для термической обработки
К основному оборудованию для термической обработки относятся печи, нагревательные установки и охлаждающие устройства. По источнику теплоты печи подразделяют на электрические и топливные (газовые и редко - мазутные).
Для того чтобы избежать окисления и обезуглероживания стальных деталей при нагреве, рабочее пространство современных термических печей заполняют специальными защитными газовыми средами или нагревательную камеру вакуумируют. Для повышения производительности при термической обработке мелких деталей машин и приборов применяют скоростной нагрев, т. е. загружают их в окончательно нагретую печь. Возникающие при нагреве временные тепловые напряжения не вызывают образования трещин и короблений. Однако скоростной нагрев опасен для крупных деталей (прокатных валков, валов и корпусных деталей), поэтому нагрев таких деталей производят медленно (вместе с печью) или ступенчато. Иногда быстрый нагрев производят в печах-ваннах с расплавленной солью (сверла, метчики и другие мелкие инструменты). На машиностроительных заводах для термической обработки применяют механизированные печи (рис. 7) и автоматизированные агрегаты .
Рис. 7. Механизированная электропечь:
1 - нагревательная камера; 2 - закалочная камера; 3 - подъемный столик; 4 - вентилятор; 5 - нагреватели; 6 - цепной механизм для передвижения поддона с деталями
Механизированная электропечь предназначена для закалки штампов или мелких деталей, укладываемых на поддон. Нагревательную и закалочную камеру можно заполнять защитной атмосферой, предохраняющей закаливаемые детали от окисления и обезуглероживания. С помощью цепного механизма 6 поддон с деталями по направляющим роликам перемещают в нагревательную камеру 1. После нагревания и выдержки тем же цепным механизмом поддон перемещают в закалочную камеру 2 и вместе со столиком 3 погружают в закалочную жидкость (масло или воду). После охлаждения столик поднимается пневмомеханизмом, и поддон выгружается из печи. Детали нагреваются в результате излучения электронагревателей 5 и конвективного теплообмена. Вентиляторы 4, установленные в нагревательной камере и в закалочном баке, предназначены для интенсификации теплообмена и равномерного нагрева и охлаждения деталей.
В механизированных и автоматизированных агрегатах проводят весь цикл термической обработки деталей, например, закалку и отпуск. Такие агрегаты состоят из механизированных нагревательных печей и закалочных баков, моечных машин и транспортных устройств конвейерного типа. Поверхностный нагрев деталей производят тогда, когда в результате поверхностной закалки требуется получить высокую твердость наружных слоев при сохранении мягкой сердцевины. Чаще всего закаливают наружный слой трущихся деталей машин. Наиболее совершенным способом поверхностной закалки является закалка в специальных установках с нагревом токами высокой частоты ТВЧ. Этот способ нагрева очень производителен, может быть полностью автоматизирован и позволяет получать при крупносерийном производстве стабильное высокое качество закаливаемых изделий при минимальном их короблении и окислении поверхности. Известно, что с увеличением частоты тока возрастает скин-эффект; плотность тока в наружных слоях проводника оказывается во много раз большей, чем в сердцевине. В результате почти вся тепловая энергия
выделяется в поверхностном слое и вызывает его разогрев. Нагрев деталей ТВЧ осуществляется индуктором. Если деталь имеет небольшую длину (высоту), то вся ее поверхность может быть одновременно нагрета до температуры закалки. Если же деталь длинная (рис. 8), нагрев происходит последовательно путем перемещения изделия относительно индуктора с рассчитанной скоростью .
Рис. 8. Расположение индуктора, закаливаемой цилиндрической детали и спрейера при закалке с нагревом ТВЧ:
I - деталь; 2 - индуктор; 3 - спрейер
Охлаждение при закалке с нагревом ТВЧ обычно осуществляется водой, подающейся через спрейер трубку с отверстиями для разбрызгивания воды, изогнутую в кольцо и расположенную относительно детали аналогично индуктору. Нагретый в индукторе участок детали или все изделие, перемещаясь, попадает в спрейер, где и охлаждается. Преимущество поверхностной закалки деталей, так же как и большинства способов упрочнения поверхности (химико-термической обработки, поверхностного наклепа обкатки), состоит также в том, что в поверхностных слоях деталей возникают значительные сжимающие напряжения. В последнее время для термической обработки некоторых деталей применяют источники высококонцентрированной энергии (электронные и лазерные лучи).
Использование импульсных электронных пучков и лазерных лучей для локального нагрева поверхности деталей позволяет вести поверхностную закалку рабочих кромок инструментов и сильно изнашивающихся областей корпусных деталей. Иногда тонкий поверхностный слой доводят до оплавления и в результате быстрого охлаждения получают мелкозернистую или аморфную структуру.
При закалке с использованием источников высококонцентрированной энергии не требуются охлаждающие среды, так как локально нагретые поверхностные слои очень быстро остывают в результате отвода теплоты в холодную массу детали. В качестве источников энергии используют ускорители электронов и непрерывные газовые и импульсные лазеры .
Заключение
В данной работе были рассмотрены основные виды термических обработок, различных материалов, и оборудования применяемое в производстве.
Непрерывное улучшение качества, повышение производительности, надежности и долговечности машин в значительной степени определяется прогрессом технологии, важнейшим этапом которой является термическая обработка, формирующая окончательные, эксплуатационные свойства металлов.
Основными материалами, которые подвергаются термической обработки являются сталь, чугун, цветные металлы и их сплавы.
Совершенствование процессов термической обработки наряду с правильным выбором материалов для конкретных условий эксплуатации приводит к уменьшению металлоемкости изделий, снижению трудоемкости их изготовления, экономии материальных и энергетических ресурсов, повышению производительности труда.
Важным фактором является выбор правильного технологического режима, который включает себя: отжиг, нормализация, отпуск, старения и т.д
Список литературы
1. Технология термической обработки метала / А.И. Самохоцкий, Н.Г. Парфеновская. – М.: Машиностроение, 1976.
2. Блюм Э.Э., Потехин Б.А., Резников В.Г [Электронный ресурс] // Основы термической обработки сталей /Свободный доступ из сети Интернет. - http://tmetall.narod.ru/mater/materpos/konspekt1.html
3. Седов Ю.Е., Адаскин А.М. Справочник молодого термиста – М: “Высшая школа”, 1986, с. 113.
4. Материаловедение:Учебник для высших технических учебных заведений./ Б. Н. Арзамасов, И. И. Сидорин, Г. Ф. Косолапое и др.; Под общ. ред. Б. Н. Арзамасова.- 2-е изд., испр. и доп.- М.: Машиностроение, 1986.-384 с, ил.
5. Третьякова Н.В [Электронный ресурс] // Материаловедение /Свободный доступ из сети Интернет. - http://elib.ispu.ru/library/lessons/tretjakova/index.html
К основному оборудованию для термической обработки относятся печи, нагревательные установки и охлаждающие устройства По источнику теплоты печи подразделяют на электрические и топливные (газовые и редко - мазутные).
Для того чтобы избежать окисления и обезуглероживания стальных деталей при нагреве, рабочее пространство современных термических печей заполняют специальными защитными газовыми средами или нагревательную камеру вакуумируют. Для повышения производительности при термической обработке мелких деталей машин и приборов применяют скоростной нагрев, т. е. загружают их в окончательно нагретую печь. Возникающие при нагреве временные тепловые напряжения не вызывают образования трещин и короблений. Однако скоростной нагрев опасен для крупных деталей (прокатных валков, валов и корпусных деталей), поэтому нагрев таких деталей производят медленно (вместе с печью) или ступенчато. Иногда быстрый нагрев производят в печах-ваннах с расплавленной солью (сверла, метчики и другие мелкие инструменты). На машиностроительных заводах для термической обработки применяют механизированные печи (рис. 5.1) и автоматизированные агрегаты.
Механизированная электропечь предназначена для закалки штампов или мелких деталей, укладываемых на поддон. Нагревательную и закалочную камеру можно заполнять защитной атмосферой, предохраняющей закаливаемые детали от окисления и обезуглероживания. С помощью цепного механизма 6 поддон с деталями по направляющим роликам перемещают в нагревательную камеру
I. После нагревания и выдержки тем же цепным механизмом поддон перемещают в закалочную камеру 2 и вместе со столиком 3 погружают в закалочную жидкость (масло или воду). После охлаждения столик поднимается пневмомеханизмом, и поддон выгружается из печи. Детали нагреваются в результате излучения электронагревателей 5 и конвективного теплообмена. Вентиляторы 4, установленные в нагревательной камере и в закалочном баке, предназначены для интенсификации теплообмена и равномерного нагрева и охлаждения деталей.
В механизированных и автоматизированных агрегатах проводят весь цикл
Рис. 5.1. Механизированная электропечь: 1 - нагревательная камера; 2 - закалочная камера; 3 - подъемный столик; 4 - вентилятор; 5 - нагреватели; 6 - цепной механизм для передвижения поддона с деталями
термической обработки деталей, например, закалку и отпуск. Такие агрегаты состоят из механизированных нагревательных печей и закалочных баков, моечных машин и транспортных устройств конвейерного типа.
Поверхностный нагрев деталей производят тогда, когда в результате поверхностной закажи требуется получить высокую твердость наружных слоев при сохранении мягкой сердцевины. Чаще всего закаливают наружный слой трущихся деталей машин.
Наиболее совершенным способом поверхностной закалки является закалка в специальных установках с нагревом токами высокой частоты-ТВЧ. Этот способ нагрева очень производителен, может быть полностью автоматизирован и позволяет получать при крупносерийном производстве стабильное высокое качество закаливаемых изделий при минимальном их короблении и окислении поверхности.
Известно, что с увеличением частоты тока возрастает скин-эффект; плотность тока в наружных слоях проводника оказывается во много раз большей, чем в сердцевине. В результате почти вся тепловая энергия выделяется в поверхностном слое и вызывает его разогрев.
Нагрев деталей ТВЧ осуществляется индуктором. Если деталь имеет небольшую длину (высоту), то вся ее поверхность может быть одновременно нагрета до температуры закалки. Если же деталь длинная (рис. 5.2), нагрев происходит последовательно путем перемещения изделия относительно индуктора с рассчитанной скоростью.
Охлаждение при закалке с нагревом ТВЧ обычно осуществляется водой, подающейся через спрейер трубку с отверстиями для разбрызгивания воды, изогнутую в кольцо и расположенную относительно детали аналогично индуктору. Нагретый в индукторе участок детали или все изделие, перемещаясь, попадает в спрейер, где и охлаждается.
Преимущество поверхностной закалки деталей, так же как и большинства способов упрочнения поверхности (химико-термиче-ской обработки, поверхностного наклепа обкатки), состоит также в том, что в поверхностных слоях деталей возникают значительные сжимающие напряжения.
Рис. 5.2. Расположение индуктора, закаливаемой цилиндрической детали и спрейера при закалке с нагревом ТВЧ: 1 - деталь; 2 - индуктор; 3 - спрейер
В последнее время для термической обработки некоторых деталей применяют источники высококонцентрированной энергии (электронные и лазерные лучи).
Использование импульсных электронных пучков и лазерных лучей для локального нагрева поверхности деталей позволяет вести поверхностную закалку рабочих кромок инструментов и сильно изнашивающихся областей жорпусных деталей. Иногда тонкий поверхностный слой доводят до оплавления и в результате быстрого охлаждения получают мелкозернистую или аморфную структуру.
При закалке с использованием источников высококонцентрированной энергии не требуются охлаждающие среды, так как локально нагретые поверхностные слои очень быстро остывают в результате отвода теплоты в холодную массу детали. В качестве источников энергии используют ускорители электронов и непрерывные газовые и импульсные лазеры.
2.3 Выбор приспособлений для выполнения термической обработки
Наличие соответствующей оснастки для основных и промежуточных операций предварительной т.о. способствует повышению технологического процесса, повышает качество обрабатываемого инструмента, улучшает условия труда рабочих.
В качестве приспособлений используем: клещи с плоскими губками, верхонки.
2.4 Выбор вспомогательных операций
1. Предварительная промывка инструмента от солей и масла производится в моечной машине. В этой машине инструмент подвергается химическому и механическому воздействию горячего щелочного раствора. Состав приготовлен из жидкого стекла каустической соды. Общая щелочность раствора должна составлять 0,38 - 0,41 NaOH.
2. Кипячение в подсоленной воде (в кипящем 2% растворе соляной кислоты) осуществляется перед травлением для сокращением распада кислоты и времени травлением. Кипячение производится в течение 5-10 мин и имеет целью растворить соли, оставшиеся на поверхности инструмента после нагрева в солях, а также разрыхлить окалину.
3. Травление предназначается для окончательного снятия окалины, разрушения и удаление оставшейся после предварительного кипячения хлористых солей. Травление производится в растворе 2ч технической соляной кислоты Л ч воды, 0,5% присадки, и КС. Продолжительность травления 3-5 мин при 18 - 20 С (в зависимости от слоя и толщины окалины),
4. Повторная промывка применяется для полного удаления кислоты и грязи образовавшихся на заготовки при травлении осуществляется в проточной воде. Промывка сопровождается многократным встряхиванием.
5. Кипячение в 2% содовом растворе производится для полной нейтрализации кислоты в течение 10 мин
6. Пассивирование осуществляется для того, чтобы предохранить изделие от коррозии. Оно происходит в горячем водяном растворе, содержащим 25% NaN0 2 Выдержка в ванне 3 -5 мин., после такой многократной обработки изделие получается чистым и защищенным от последующей коррозии. Данные операции после отжига, в полном объеме могут не использоваться.
2.5 Выбор и обоснование требуемых операций для контроля качества термической обработки
Результатом предварительной т.о, оценивается по твердости и микроструктуре. Микроструктуру при отжиге контролируют на зернистый перлит.
Параметры контролируемые у быстрорежущих сталей после отжига: химический состав, размер заготовки в состояние поставки, микроструктура по ГОСТ 10243-75, твердость в отожженном состоянии по ГОСТ 9012-59, не ниже НВ 255, глубина обезуглероженного слоя 0,5-1 % от d.
2.6 Анализ возможных дефектов термической обработки и способы их устранения
Окисление и обезуглероживание - дефекты, которые являются результатом химической реакции, проходящие при нагреве стали между поверхностным слоем металла и кислородом. Эти процессы оказывают отрицательное влияние на конструктивную прочность изделий, приводящие к потерям металла на удар, обуславливают необходимость увеличение припусков для последующей механической обработки.
Окисление определяют непосредственным осмотром заготовки, а обезуглероживание контролем на прочность при металлографическом исследовании.
При глубине проникновения, больше чем припуск на шлифования, брак неисправный. Для предупреждения следует вести нагрев в защитной атмосфере, а при отсутствии таковой - в ящиках с чугунной стружкой, древесным углем с 5% кальцинированной соды, пережженном асбестом, белым песком и т.п. В соляные ванные для сохранения от обезуглероживания добавляют молотый фурросилицин в количестве 0,5 - 1 % от веса соли или буру, борную кислоту, желтую кровяную соль.
Контроль твердости обычно производится с помощью ЦБМ для отожженных изделий.
Нафталинистый излом - характеризуется своеобразным видом излома, что является следствием разрушения по кристаллографическими плоскостям; сопровождается значительным снижением прочностных свойств и особенно ударной вязкости, вызывается окончанием горячей классической обработки при излишне высокой температуре (выше 1180 С), если степень деформации при последующем отжиге была небольшой и если последующий отжиг выполнен недостаточно точно и не обеспечивает необходимого значения твердости (НВ 255 - 269), выполняем повторную закалку без промежуточного отжига. Устранение нафталинного излома и восстановление механических свойств можно многократным отпуском.
3. Проектирование технологического процесса упрочняющей термической обработки
3.1 Определение структуры технологического процесса термической обработки
Упрочняющая т.о. быстрорежущей сталь специфична. Она заключается высокотемпературном нагреве под закалку и последующем трехкратным температурный отпуск, по 1 часу каждый. Температура закалки - 1280 - 1290 С, а температура 580 -600 С.
3.2 Проектирование отдельных операций термической обработки
Закалка - процесс термической обработки, обуславливающий получение неравновесных структур превращения или распада аустенита при резком его переохлаждении со скоростью выше критической. Конечный результат процесса закалки зависит от скорости охлаждения и температуры конца мартенситного превращения. Чем выше температура нагрева, тем выше легированность твердого раствора за счет растворение вторичных карбидов, а следовательно, выше теплостойкость и вторичная твердость. НО с другой стороны, интенсивность растворения большого карбидов при нагреве выше определенных температур вызывает интенсивность роста зерна аустенита, а значит, снижает прочность и ударную вязкость.
При назначение температуры закалки учитывается условия эксплуатации инструмента. Для инструмента работающего о высокими ударными нагрузками температуру закалки иногда понижают с целью повышения прочности и закаливают на более мелкое зерно 11 балла. Для инструмента, работающего в особо тяжелом температурном режиме температуру закалки повышают относительно оптимальной, проводя обработку на максимальную теплостойкость.
Для стали Р6М5 режим закалки заключается в высокотемпературной ступенчатой закалке.
Первый подогрев проводят при температуре 400 - 500. С, с предварительным погружением на 15 - 20 сек. в пересыщенный раствор буры, второй подогрев будем проводить при температуре 830-860 С.
Ступенчатый подогрев под закалку будем производить в соленых ваннах, которые широко используются, т,к. имеют следующий ряд преимуществ: высокой интенсивностью и равномерностью нагрева, возможность осуществления местного нагрева, предотвращение окисления и обезуглероживания. защита инструмента, от воздействия кислорода.
При нагреве будем использовать наиболее распространенную соль БМЗБ, в состав которой входит; 9б,9% ВаС12+ 3% МgF2, 0,1% В.
Условия охлаждения при закалки должны обеспечить сохранение высокой концентрации углерода, а для легированных и быстрорежущих сталей сведение до минимума закалочной деформации и отсутствие трещин. Сталь Р18Ф2 будем охлаждать в масле.
Отпуск - процесс т.о., обусловливающий превращение неустойчивых структур закаленного состояния в более устойчивые, Отпуск осуществляется путем нагрева до температуры ниже интервала превращений, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения.
Отпуск быстрорежущей стали должен обеспечивать более полное превращения остаточного аустенита, что достигается применением многократного отпуска с охлаждением 20 - 40С.
Температура отпуска, продолжительность и число отпусков определяются химическим составом и выбранным условием проведения этой операции. Отпуск обеспечивает одновременно высокую твердость и теплостойкость. Основная цель отпуска заключается в дисперсном твердение.
В процессе отпуска, происходит выделение из твердого раствора дисперсных карбидов. И превращение остаточного аустенита в мартенсит. Остаточный аустенит объединяется при нагреве с легирующими элементами и при охлаждении с температур отпуска превращается в мартенсит.
Для стали Р6М5 будем производить трехкратный отпуск с температурой 570 С по 1 часу, твердость после отпуска составляет 63 HRC. А образование дисперсных карбидов обеспечивается высокую теплостойкость (600 - 650 С)
Структура сталей после отпуск состоит из отпущенного мартенсит, карбидов (15- 20 %) и остаточного аустенита (2 -3%), Наибольшее количество остаточного аустенита превращается при первом отпуске 10-12%, при втором - 6 - 8 %, а после третьего - 3 - 5 %.
Отпуск будем производить в стандартной элетродно-солянной ванне с прямоугольной формой рабочего пространства типа С -100, с температурой 850 С.
В качестве жидкой среды применяются сравнительно простые по составу среды, обладающие высокой жидкотекучестъю, не разъедающие поверхность закаленных изделий, такие как расплавленная соль 30% ВаСl2 + 20% NaCl + 50% CaCl2.
После закалки и отпуска сталь Р18Ф2 должна обладать твердостью 65 - 66 HRC теплостойкость Т = 630 С, вязкость хорошая, шлифуемость низкая.
Оснастка для т.о. имеет решающее значение при осуществлении технологических процессов в термических цехах. Отсутствие или неправильное использование оснастки может вызвать значительный брак. В данном процессе т.о. будем использовать; корзину для закалки в соляных ваннах, клещи о прямыми плоскими губками, ковш для слива из соляных ванн, ложку для очистки соляных ванн.
3.3 Выбор вспомогательных операций
К вспомогательным операциям относят его очистку после т.о. правку и антикоррозийную обработку,
Инструмент подвергается очистки с целью удаления мыла, солей, окалины.
Операция химической очистки:
1. Предварительная промывка выварочным бочке в горячем (90 С) щелочном растворе 0,38 - 0,41 % NaOH
2. Кипячение в подкисленной воде (в кипящем 2% растворе соляной кислоты).
3. Травление
4. Повторная промывка в проточной воде
5. Кипячение в содовом растворе
6. Пассивирование.
После этой многоуровневой очистки инструмент получается чистым и защищенным от последующей коррозии.
3.4 Выбор и обоснование требуемых операций контроля качества термической обработки
При закалки быстрорежущей стали контролируют температуру нагрева., время выдержки, обезуглероживающую активность ванн окончательного нагрева, температуру ванн охлаждения, Параметрами контроля является;
Твердость ГОСТ 9013-59, HRC 63 - 65
Величина аустенитного зерна ГОСТ 5636-82, 10-11 балл После закалки и отпуска контролируется:
Твердость, HRC 63 - 65
Теплостойкость
Карбидная неоднородность (2-3 балл) Допускаемое количество остаточного аустенита 2 - 3%
3.5 Дефекты термической обработки и способы их устранения
1. Потеря формы инструмента при закалке - дефект возникающий у сталей, температура закалки которых близка к температурам начала плавления. В результате чрезмерного перегрева или расположения инструмента в ванне близко к электродам, возникают оплавление инструмента..Поэтому при помещении инструмента в ванну следует выключить ток. Этот недостаток можно устранить так же, установкой защитной стенки из кирпичей, отделяющих электроды от инструмента.
2. Недостаточная твердость после отпуска может быть следующими причинами;
а) пониженной температуры закалки (выявляется микроанализом) вследствие чего образуется недостаточно легированный мартенсит
б) низким нагревам при отпуске (эта причина может быть выявлена магнитным анализом).
Дефектом возникающим в результате этих причин, устраняется соответственно отжигом и последующими правильными закалкой и отпуском.
в) обезуглероживание
г) порча теплостойкости
3. Порча теплостойкости возникает в результате очень длительного или многократного нагрева выше области Aс1 вследствие обогащением карбидов МебС вольфрамом, что уменьшает их растворимость при закалки, вследствие чего получается недостаточно легированный мартенсит, Выявляется по снижению вторичной твердости или теплостойкости. Данный дефект предотвращается соблюдением определенной области нагрева температур и длительности т.о.
4. Деформация и коробление определяется проверкой размеров. Возникают из-за внутренних напряжений, образовавшихся при закалки; неравномерный нагрев под закалку и неправильное погружение в охлаждающую среду в мартенситном интервале; правильным погружением в закалочную среду, равномерным нагревом и проверкой на кривизну перед закалкой.
Введение в сталь легирующих элементов само по себе уже улучшает ее механические свойства. Для получения после цементации и последующей термической обработки высокой твердости поверхности и пластичной сердцевины детали изготовляют из низкоулеглеродистых сталей 15 и 20. получающаяся после цементации и последующей термической обработки твердая и прочная сердцевина у сталей с повышенным содержанием...
Закалка в масле и низкий отпуск. Цементацией называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стальных деталей углеродом. Выбор последовательности всех операций термической обработки. Назначаем последовательности всех операций изготовления вала первичной коробки передач (от проката до готового изделия). Последовательность операций изображается графически с указанием номера...
