2.2 Режими термічної обробки для сталі 20г
Вивчивши схему переділу рідкого металу в гайку видно|показний|, що термічній обробці піддаються | кований виріб і готова деталь. Деталь виготовлена із|із| сталі 20Г-| конструкційно-легована сталь. Форма заготівки|заготівлі| при обробці тиском|тисненням| змінюється під дією зовнішніх сил унаслідок|внаслідок| пластичної деформації. Зміна форми кристалів полягає в тому, що вони витягуються у напрямі головної|чільної| деформації розтягування(наприклад, у напрямі плющення або волочіння). З|із| підвищенням міри|ступеня| холодної деформації зерна усе більш витягуються і структура стає волокнистою [4].
Після кування проводять попередню термічну обробку таку як нормалізація. Нормалізация- це термічна обробка при якій сталь охолоджується не в печі, як при відпалі, а на повітрі. Нагрів ведеться до повної|цілковитої| перекристалізації на 30-50 оС| вище за точку Ас3 і Асr . В результаті сталь має| дрібнозернисту однорідну структуру. Твердість і міцність сталі після|потім| нормалізації вище чим після|потім| відпалу [5].
Заготівку зі сталі 20Г піддають хіміко-термічній обробці, а конкретно цементації, бо це цементуюча сталь. Цементація - це хіміко-термічна обробка яка складається з дифузійного насичення поверхносних слоїв сталі вуглецем при нагріві в відповідному середовищі – карбюризаторі. Цементацію проводять при температурах вище Ас3 (930-950 оС), коли стійкий аустеніт, що растворяє вуглець у великих кількостях..Охолоджують на повітрі [5]. Схема режиму цементації приведена на рисунку 2.3
Після цементації необхідно провести кінцеву термообробку. Кінцевою термічною обробкою для даного виробу є гартування з низьким відпуском[6]. Схема кінцевої термічної обробки приведений на рисунку 2.4
При цьому охолодження при гартуванні проводимо в маслі, температура якого не повинна бути вищою за 70 – 75оС. Отримувана твердість становить 250-270 HB. Після гартування застосовуємо низький відпуск.
Термообробка розбивається на 3 рівні|ступені|:
-попередня (нормалізація|);
-проміжна (цементація);
-кінцева (гартування|гартування| з|із| відпуском|відпуском|).
При триступінчатій|триступінчастій| термообробці для моєї деталі попередню термообробку призначають для кованого вироба |зливка|(нормалізація), проміжню-| для прокатаного|прокочувати| і обрізаного|обрізати| листа|листа|(цементація). Кінцева - для готового виробу (гартування|гартування| з|із| відпуском|відпуском|).
Нижче представлені|уявляти| режими термічної обробки для сталі 20Г|.
Рис.2.3 Режим нормалізації сталі 20Г|
Рис.2.4 Режим цементації сталі 20Г||
З|із| даних малюнків видно|показний|, що:
Нормалізація проводиться при температурах 920-930 оС, охолодження на повітрі. Цементація при температурах 900-950 оС, охолодження на повітрі. При кінцевій термообробці гартування проводять при температурах 780-800 оС, а низький відпуск при 180-200 оС.
2.3.Фазові і структурні перетворення при аустенізації сталі 20г|.
Аустенізація – нагрів сплавів в аустенітну область. Вона відбувається|походить| при нагріві -| важливої|поважної| складової режиму термічної обробки. В даному випадку аустенізацію проводять в таких режимах як ТО, ХТО.
Аустенітизація сталі 20Г відбувається при повному та ізотермічному відпалах і гартуванні. Проведемо аналіз перетворень, які відбуваються при нагріві до температур повного та ізотермічного відпалів та гартування. Також важливо уточнити той факт, що легуючи елементи, які входять до складу сталі, зміщують критичні точки на діаграмі стану вліво[11]. Схема цього процесу наведена на рисунку 2.5.
Рисунок 2.5 – Фрагмент діаграми Fe – C і вивчаємої структури
Проаналізуємо фрагмент діаграми. В точці 1 буде спостерігатися структура Ф+Ц, трохи вище т.1 починає з’являтися А і в точці 2 структура буде складатися із А+Ф. В т.3 кількість А збільшується, а структура не змінюється все ще буде А+Ф. В т.4 кількість Ф зменшується і залишиться лише А. В т.5 структура також складається з аустеніту.
Початкова структура сталі – ферито-перлитова. При нагріві до т. Ас1 (723оС) істотних змін в структурі не відбувається – лише дещо збільшується вміст вуглецю у фериті. При нагріві дещо вище т. Ас1 (723оС) відбувається фазове перетворення ферито-карбідної суміші в аустеніт, при цьому вміст вуглецю в аустеніті відповідає евтектоїдному:
Ф~0,02%С + К → А~0,8%С
Структурне перетворення може бути представлено так:
Фнадл + П → Фнадл + А~0,8%С
При подальшому підвищенні температури в міжкритичному інтервалі до т. Ас3 (830оС) кількість Фнадл зменшується, кількість аустеніту зростає, а вміст вуглецю в ньому зменшується до його середнього вмісту в сталі 20Г.
При перевищенні т. Ас3 надлишковий ферит зникає, а вміст вуглецю в аустеніті стає таким же, як в середньому в сталі.
Подальше підвищення температури в області вище т. Ас3 і витримка в цій області приводять до гомогенізації і зростання зерна аустеніту. Для аналізу процесу аустенітизації скористуємося діаграмою ізотермічного утворення аустеніту для сталі з найбільш схожим хімічним складом(рисунок 2.6).
Рисунок 2.6 – Термокінетична діаграма утворення аустеніту при нагріві сталі з 0,37% С
Де VH1- для нормацізації;
VH2 – для цементації;
VH3 - кінцева ТО.
Як видно з рисунку до лінії Ас2 структура після поліпшення Ф+К. При підвищенні температури вище Ас1 утворюються зародки аустеніту. При подальшому збільшенні тривалості витримки зародків аустеніту стає більше за кількістю. Ріст дільниць аустеніту відбувається внаслідок поліморфного α→γ перетворення і дифузійного перерозподілу вуглецю. Біля фериту аустеніт має концентрацію вуглецю менше, ніж біля цементиту. Під впливом цієї неоднорідності вуглець дифундує від цементиту до фериту в аустеніті. Ріст дільниць аустеніту в результаті цього перетворення протікає швидше, ніж розчинення цементиту. Тому після перетворення фериту в аустеніт в структурі сталі зберігається ще деяка кількість карбідів. Для їх розчинення в аустеніті тривалість ізотермічної витримки повинна бути збільшена. Вище Ас3 утворюється негомогенний аустеніт.
Слід відзначити, що сталь 20Г важко гомогенізувати тому, що вона легована, адже відбувається дифузія не лише вуглецю, а й атомів легуючих елементів. Основними карбідоутворюючими елементами у сталі 20Г є марганець. Mn та Si, нерівномірно розподілені між феритом і карбідами, тобто і в аустеніті вміст легуючих елементів за об´ємом буде неоднаковим.
У стані перед нагрівом сталь має вихідне або дійсне зерно. Те зерно, що формується до кінця Ф+К→А перетворення, називають початковим зерном аустеніту. При нагріванні і витримці сталі при температурах, вищих Ас3, відбувається ріст зерна, що термодинамічно виправдано спрямуванням системи до зменшення вільної енергії внаслідок скорочення поверхні кордонів зерен.
Кінцева структура представлена на рисунку 2.7
Розмір зерна 6-7