Лекція Технологічні особливості та можливості загартування і відпустки Загартування

 

 

Конструкційні сталі піддають загартуванню й відпустці для підвищення міцності й твердості, одержання високої пластичності, в'язкості й високій зносостійкості, а інструментальні - для підвищення твердості й зносостійкості.

Верхня межа температур нагрівання для заевтектоїдних сталей обмежується, тому що приводить до росту зерна, що знижує міцність і опір тендітному руйнуванню.

Основними параметрами є температура нагрівання й швидкість охолодження. Тривалість нагрівання залежить від нагрівального пристрою, за досвідченим даними на 1 мм перетини затрачається: в електричній печі – 1,5...2 мін.; у полум'яній печі – 1 хв.; у соляній ванні – 0,5 хв.; у свинцевій ванні – 0,1...0,15мін.

По температурі нагрівання розрізняють види загартування:

– повна, з температурою нагрівання на 30...50^oС вище критичної температури А₃.

Застосовують її для доевтектоїдних сталей. Зміни структури стали при нагріванні й охолодженні відбуваються за схемою

Неповне загартування доевтектоїдних сталей неприпустимі, тому що в структурі залишається м'який ферит. Зміни структури стали при нагріванні й охолодженні відбуваються за схемою:

– неповна з температурою нагрівання на 30...50…50 ^oС вище критичної температури А₁

Застосовується для заевтектоїдних сталей. Зміни структури сталі при нагріванні й охолодженні відбуваються за схемою:

Після охолодження в структурі залишається вторинний цементит, що підвищує твердість і зносостійкість різального інструменту.

Після повного загартування заевтектоїдних сталей одержують дефектну структуру грубоголчастого мартенситу.

Заевтектоїдні стали перед загартуванням обов'язково піддають відпалу - сфероідізації, щоб цементит мав зернисту форму.

Охолодження при загартуванні.

Для одержання необхідної структури виробу прохолоджують із різною швидкістю, що у великому ступені визначається охолодним середовищем, формою виробу й теплопровідністю стали.

Режим охолодження повинен виключити виникнення більших гартівних напруг. При високих швидкостях охолодження при загартуванні виникають внутрішні напруження, які можуть привести до жолоблення й розтріскування.

Внутрішні напруження, що врівноважуються в межах макроскопічних частин тіла, називаються напругами I роду. Вони відповідальні за перекручування форми (жолоблення) і утворення тріщин при термообробці. Причинами виникнення напруг є:

• розходження температури по перетині виробу при охолодженні;

• різночасне протікання фазових перетворень у різних ділянках виробу.

Для попередження утворення тріщин необхідно уникати напруг, що розтягують, у поверхневих шарах виробу. На характер розподілу напруг при загартуванні, крім режиму охолодження, впливає й температура нагрівання під загартування. Перегрів сприяє утворенню гартівних тріщин, збільшує деформації.

Режим охолодження повинен також забезпечити необхідну глибину загартованого шару.

Оптимальний режим охолодження: максимальна швидкість охолодження в інтервалі температур А₁ – M_Н, для запобігання розпаду переохолодженого аустеніту в області перлітного перетворення, і мінімальна швидкість охолодження в інтервалі температур мартенситного перетворення M_Н – M_К, з метою зниження залишкових напруг і можливості утворення тріщин. Дуже повільне охолодження може привести до часткової відпустки мартенситу й збільшенню кількості аустеніту залишкового, а отже до зниження твердості.

Як охолодні середовища при загартуванні використовують воду при різних температурах, технічні мастила, розчини солей і лугів, розплавлені метали.

Вода має істотний недолік: висока швидкість охолодження в інтервалі мартенситного перетворення приводить до утворення гартівних дефектів. З підвищенням температури води погіршується її гартівна здатність.

Найбільш високою й рівномірною охолодною здатністю відрізняються холодні 8...12 % водяні розчини NaCl і NaOH. Вони миттєво руйнують парову сорочку й охолодження відбувається більш рівномірно й на стадії пузиркового кипіння.

Збільшення охолодної здатності досягають при використанні струминного або душового охолодження, наприклад, при поверхневому загартуванні.

Для легованих сталей з високою стійкістю аустеніту використовують мінеральне масло (нафтове). Воно забезпечує невелику швидкість охолодження в інтервалі температур мартенситного перетворення й сталість здатності, що гартує. Недоліками мінеральних масел є підвищена займистість, низька охолодна здатність в інтервалі температур перлітного перетворення, висока вартість.

При виборі охолодного середовища необхідно враховувати загартованість і прокалюваність сталі.

Загартованість – здатність стали здобувати високу твердість при загартуванні.

Загартованість визначається змістом вуглецю. Сталі зі змістом вуглецю менш 0,20 % не гартуються.

Прокалюваність – здатність одержувати загартований шар з мартенситної й тросто-мартенситною структурою, що володіє високою твердістю, на певну глибину.

За глибину загартованої зони приймають відстань від поверхні до середини шару, де в структурі однакові об'єми мартенситу й троститу.

Чим менше критична швидкість загартування, тим вище прокалюваність. Укрупнення зерен підвищує прокалюваність.

Якщо швидкість охолодження в серцевині виробу перевищує критичну то сталь має наскрізну прокалюваність.

Нерозчинні частки й неоднорідність аустеніту зменшують прокалюваність.

Характеристикою прокалюваності є критичний діаметр.

Критичний діаметр – максимальний перетин, що прожарюється в даному охолоджувачі на глибину, рівну радіусу виробу.

Із введенням у сталь легуючих елементів загартованість і прокалюваність збільшуються (особливо молібден і бор, кобальт - навпаки).