3. Контролируемые атмосферы, используемые при нагреве деталей при то.

При нагреве стали на воздухе, без применения специальных сред в результате взаимодействия газа и поверхности стали, происходит ее окисление и обезуглероживание. Это приводит к неконтролируемому изменению состава и свойств поверхностных слоев в стальных изделиях, потерям металла в связи с образованием окалины, необходимости дополнительных операций по очистке поверхности, увеличению припусков на механическую обработку.

Для предотвращения окисления и обезуглероживания стальных изделий при термической обработке используют различные приемы и методы, например, при нагреве инструментальных сталей, особенно быстрорежущих, используют соляные ванны, упаковку штампов с защитой их поверхности карбюризатором. В индивидуальном и мелкосерийном производстве используют технологические покрытия на основе стеклообразующих веществ.

Однако, часто применяют вакуумные или контролируемые атмосферы. Контролируемые атмосферы представляют собой искусственные газовые атмосферы, получаемые в специальных установках (генераторах) из различных видов твердых, жидких или газообразных материалов. Наиболее широко применяемые контролируемые атмосферы при ТО:

1. Инертные газы: аргон, гелий.

2. Эндотермическая атмосфера - эндогаз, получается при частичном сжигании природного газа или жидких углеводородных смесей при большом недостатке воздуха ( = 0,25…0,28 – коэффициент расхода воздуха).

3. Экзотермическая атмосфера (экзогаз) получается при сжигании природного газа при  = 0,45…0,95.

4. Контролируемые атмосферы из аммиака получают путем его диссоциации на азот и водород при температуре 760 °С в присутствии катализаторов.

5. Азотные атмосферы применяют для азотирования.

Наряду с контролируемыми защитными атмосферами при нагреве используют окислительные, науглероживающие и насыщающие атмосферы.

Окислительные атмосферы применяются с целью преднамеренного получения оксидных пленок или обезуглероживания электротехнической, трансформаторной и малоуглеродистой стали при отжиге.

Науглероживающую атмосферу используют при цементации, нитроцементации, газовом цианировании.

Насыщающие атмосферы - при азотировании, хромировании и др.

Большинство контролируемых атмосфер являются взрывоопасными и токсичными, поэтому необходимо принимать соответствующие меры по технике безопасности.

4. Охлаждающие среды при то. Выбор условий охлаждения. Свойства закалочных сред. Понятие о кривой идеального закалочного охлаждения.

Охлаждение при ТО – это важный этап ТО особенно при нагреве выше температуры фазовых превращений.

Для осуществления различных операций термической обработки используют медленное охлаждение в печах, охлаждение на воздухе и в специальных охлаждающих средах. Охлаждающие среды можно разделить на две группы: 1. Некипящие не изменяющие в процессе охлаждения своего агрегатного состояния; 2. Кипящие изменяющие свое агрегатное состояние в процессе охлаждения.

К первой группе относятся: воздух, металлы (плиты), расплавы металлов и солей, псевдосжиженный слой. Ко второй группе относят воду, масло, водные растворы солей и сложные охладители (их называют гетерогенными) - эмульсии, суспензии, водовоздушные смеси.

Наибольшее применение находят жидкие охлаждающие среды, к которым предъявляются следующие требования: 1. Стабильность свойств при эксплуатации в требуемом диапазоне температур и при хранении; 2. Малая склонность к химическому взаимодействию с металлом в крайнем случае, лудше инертность; 3. Легкая удаляемость с поверхности при промывке и очистке; 4. Небольшая вязкость; 5. Возможность применения в работе с контролируемыми газовыми атмосферами; 6. Безвредность, безопасность при использовании, недефицитность, невысокая стоимость.

Задачей технологии термической обработки является выбор условий охлаждения для осуществления заданных превращений в металле с целью достижения требуемых свойств в поверхностных слоях и по сечению изделий. Основой для решения этой задачи является изотермическая и термокинетическая диаграмма. Время охлаждения зависит от характера фазовых и структурных превращений в металле, что определяется составом сплава, поэтому в зависимости от состава стали, одинаковая интенсивность охлаждения приводит к реализации различных видов ТО.

И з схемы видно, что охлаждение на воздухе (кривая 3) соответствует нормализации углеродистой (4) и легированной (5) сталям и закалке быстрорежущей стали(6). Охлаждение в масле (кривая 2) соответствует нормализации углеродистой стали (4) и закалке легированной (5) и быстрорежущей (6) сталей. Охлаждение в воде (кривая 1) соответствует закалке всех 3 сталей.

Свойства закалочных сред характеризуются их охлаждающей способностью в двух температурных интервалах:

1 . В интервале температур от точки А₁ до температуры минимальной устойчивости переохлажденного аустенита углеродистых и низколегированных сталей (500...550 °С). Это интервал температур П превращения и закалочная среда должна обеспечить такую интенсивность охлаждения в этом интервале, чтобы предотвратить П распад А и переохладить его до темпер. ниже 500-550  , где устойчивость А и замедление его охлаждения не так опасно. Если скорость охлаждения в П интервале недостаточна, А претерпевает П превращение, и качественной закалки не произойдет.

2. В интервале температур мартенситного превращения (в интервале 300...100 °С). Выбор этого интервала важен потому, что здесь основное количество А превращается в мартенсит, что сопровождается возникновением внутренних напряжений и опасностью возникновения закалочных трещин. Замедленное охлаждение в этом интервале приводит к релаксации внутренних напряжений и частичному самоотпуску М в процессе его образования и в результате предотвращает образование трещин.

На основе этих представлений было введено понятие о кривой идеального закалочного охлаждения, с быстрым понижением температур в верхнем интервале и медленном в нижнем.

Кривая идеального закалочного охлаждения (схема).