3.3.6. Влияние термической обработки

Для изменения структуры чугуна и повышения за счет этого его механических и эксплуатационных свойств применяют высокотемпературный и низкотемпературный графитизирующий отжиг, а также закалку с опуском.

Высокотемпературный графитизирующий отжиг проводят для разложения структурно свободного цементита, который формируется в период первичной кристаллизации чугуна. Для этого чугун нагревают до температур выше температуры эвтектоидного превращения (900-1000 ^оС) и выдерживают при этих температурах до полного разло­жения структурно свободного цементита. Такой отжиг является основой технологического процесса получения ковкого чугуна из белого.

Низкотемпературный графитизирующий отжиг применяют для получения чугуна с ферритной металлической матрицей. Для этого чугун нагревают до температур ниже температуры эвтектоидного превращения (690-700 ^оС) и выдерживают при этих температурах до полного разло­жения цементита в перлите.

При производстве ковкого чугуна с ферритной металлической матрицей высокотемпературный и низкотемпературный графитизирующий отжиг проводят как единый двустадийный последовательный процесс. При этом вторая низкотемпературная стадия графитизирующего отжига может быть реализована путем медленного охла­ждения чугуна в области температуры эвтектоидного превращения (разложение перлита).

Нормали­зация чугуна способствуют повышению его твердости (при этом возрастает износостойкость) и механических свойств. Отливки нагревают нагревают до температур выше температуры эвтектоидного превращения (900-1000 ^оС), вы­держивают при этих температурах для частичного раство­рение графита и насыщения аустенита углеродом и затем охлаждают на воздухе. При этом более богатый углеродом аустенит в условиях быстрого охлаждении при тем­пературах эвтектоидного превращения распадается без выделения феррита. В этом случае мателлическая матрица чугуна получаются не только полностью перлитной, но и более дисперсной, что обусловливает повышение его твердости и механи­ческих свойств.

Закалку чугуна проводят подобно нормализации, но с использованием более активной охлаждающей среды. При обычной закалке отливки из чугуна также нагревают до температур выше температуры эвтектоидного превращения (900-1000 ^оС). И после вы­держки при этих температурах их погружают в охлаждающую жидкость, в качестве которых применяют воду, масло и др.). В условиях очень быстрого охлаждения эвтектоидное превращение аустенита, как правило, не успевает реализоваться и в отливках формируется неравновесная (закалочная) структура металлической матрицы в виде мартенсита. Чугун является достаточно твердым, но хрупким материалом, а с мартенситной матрицей он становится тверже и ещё более хрупким. Поэтому чугуны, как правило, после закалки подвергают отпуску при темпера­турах 200—500 °С. При этом мартенсит переходит в троостит или сорбит и соответственно механические свойства по­вышаются, а твёрдость снижается. Наибольший эффект призакалке с отпуском достигается при термической обработке чугуна с мелкими равномерно распределенными включениями графита пластинчатой или компактной (шаровидной) формы. В связи с низкой пластичности чугуна и опасностью образования в отливках закалочных трещин иногда прибегают к поверхност­ной закалке чугунных деталей, работающих на износ, например, поверхностей трения станин металлорежущих станков. Для этого закаливаемые поверхности нагревают газовыми горелками или токами высокой частоты и затем охлаждают струей воды. При этом закалочная структура формируется лишь в поверхностном слое отливки тощиной 1,5—4 мм.

Изотермическая закалка позволяет получить в структуре чугуна бейнитную металлическую матрицу. Для этого отливки, нагретые до 900-1000 ^оС, охлажают в соля­ной ванне или другой жидкой закалочной среде, имеющей темпера­туру 300—400 °С. Бейнитная матрица чугуна обеспечивает высокие механические свойства и износостойкость. При этом вследствие меньшего градиента температур нагрева и охлаждающей среды в отливках формируются относительно низкие внутренние (закалочные) напряжения. Соответственно опасность образования трещин и короблений снижается.