1.5 Фазовые и структурные превращения при нагреве закаленной стали 18хгт
Закаленная после цементации шестерня подвергается низкому отпуску при температуре Т=160-180°С. Основное назначение отпуска снятие внутренних напряжений.
Поскольку все превращения, происходящие при отпуске, являются диффузионными, ускорение нагрева смещает их границы к более повышенным температурам.
При нагреве после закалки происходит распад мартенсита с выделением карбидов. Распад мартенсита в зависимости от температуры нагрева и длительности отпуска претерпевает следующее превращения.
При нагреве до 80°С видимых изменений микроструктуры не происходит, идет образование кластеров, что приводит к некоторому, хотя и незначительному снижению уровня внутренних напряжений.
Дальнейший нагрев в интервале температур от 80 до 180°С происходит первое пре вращение, которое заключается в распаде пересыщенного твердого раствора с выделением метастабильных карбидов и получения структуры мартенсита отпуска: М + Аост —> М'отп + Аост-Это превращение является первой стадией распада и к ее концу твердый раствор еще остается достаточно пересыщенным. При распаде выделяются ε-карбиды, когерентно связанные с матрицей, в месте их выделения твердый раствор обедняется по углероду, соседние участки имеют нормальную концентрацию, т.е. соответствующую исходной, такой распад называют двухфазным. Содержание углерода в твердом растворе резко снижается. Полученная структура носит название мартенсита отпуска.
Легирующие элементы (Cr, Mn, Ti) слабо влияют на кинетику распада мартенсита до температур Т = 150 - 200°С [20].
Структура цементованной стали 18ХГТ после низкого отпуска следующая:
микроструктура поверхность будет состоять из отпущенного мартенсита, небольшого количества остаточного аустенита и равномерно распределенных карбидов (рис. 1.19);
микроструктура сердцевины - отпущенный мартенсит и отпущенный нижний бейнит (который по своим свойствам будет близок к мартенситу отпуска) [17].
Изменения прочностных характеристик цементованной стали 18ХГТ в зависимости от температуры отпуска после цементации 920 - 950°С, подстуживание до 840 - 860°С, охлаждение в масле приведены на рис. 1.21.
Рисунок 1.19 - Схема микроструктуры поверхности шестерни из стали 18ХГТ после цементации и низкого отпуска.
Рисунок 1.20 - График изменения прочностных характеристик стали 18ХГТ
Исходя из данных рисунка 1.20 и таблиц 1.3 - 1.7 можно сказать, что такая термообработка позволит получить заданный комплекс механических свойств шестерни коробки передач грузового автомобиля, а именно: σт = 900Н/мм2σв=1100 Н /мм2,
δ≥10 %, ψ ≥50 %, KCU = 75-80 Дж/см2
твердость поверхности зубьев 58-60 HRC
1.6 Совершенствование технологического процесса стали 18хгт на основе анализа фазово-структурных превращений
1. объектом усовершенствования является закалочная среда
2. Недостатком рассматриваемой технологической схемы производства шестерни из стали 18ХГТ является нестабильная скорость охлаждения после выдержки при закалке, вызванная тем, что во внутренней полости шестерни возможно замедленное охлаждение.В результате чего распад аустенита происходит по перлитному механизму, что в свою очередь приведет к снижению прочностных характеристик шестерни во внутренней полости. В итоге, в процессе эксплуатации шестерни с заниженными прочностными характеристиками, возможно ее прежде временное разрушение.
3. Недостатки решаются за счет ускорения охлаждения.
4. Целью усовершенствования является обеспечение гарантированного теплоотвода и стабилизации процесса охлаждения во внутренней полости шестерни, что гарантирует распад аустенита во внутренней полости шестерни по требуемому мартенситному механизму.
Формула изобретения
Способ термической обработки полых изделий из сталей, включающий закалку с ускоренным охлаждением путем помещения изделия в охладитель, отличающийся тем, что через внутреннюю полость изделия находящегося в охладителе, одновременно нагнетают тот же охладитель под дополнительным давлением порядка 0,5 МПа.