3.3 Термічні способи зміцнення конструкцій
Для покращення властивостей сталевих і чавунних деталей бурового і нафтогазопромислового обладнання використовують термічні методи зміцнення. Суть термічної обробки полягає в реалізації трьох послідовних операцій (рис.і3.2): нагрівання до необхідної температури з заданою швидкістю, витримка при досягнутій температурі на протязі певного відрізку часу, охолодження з заданою швидкістю. При цьому змінюється структура матеріалу деталі і його властивості: міцність, твердість, зносостійкість, оброблюваність різанням.
Рисунок 3.2 - Схема термічної обробки
Основними видами термообробки, при яких змінюються структура і властивості сталі, є нормалізація, гартування, відпуск і відпал. Характеристики цих процесів наведені в табл. 3.13.
В залежності від виду термічної обробки можна отримати різні значення твердості деталі. При проектуванні виробу конструктор, як правило, вказує значення твердості на робочому кресленні деталі, яка підлягає термічній обробці. Максимальне значення твердості термічно зміцненої сталі залежить від її марки і виду термічної обробки. В табл. 3.14 вказані максимальні значення твердості деяких сталей після гартування і відпуску.
Таблиця 3.13 – Характеристика основних видів термообробки сталей
Вид термообробки |
Суть процесу при термообробці |
Результати термообробки |
Нормалізація |
Нагрівання сталі до температури 800 - 900оС (в залежності від марки сталі), витримка при цій температурі і наступне охолодження на повітрі |
Зменшуються внутрішні напруження кованих і штампованих деталей, в зварних швах; для підготовки деталей до наступної термічної або хіміко-термічної обробки |
Гартування об’ємне |
Нагрівання сталі до температури 750-900оС (в залежності від марки сталі) і швидке охолодження у воді, маслі, соляному розчині |
Підвищується міцність, твердість, а також зносостійкість деталей. Гартуванню підлягають сталі з вмістом вуглецю більше 0,3 % |
Гартування поверхневе |
Нагрівання поверхневого шару деталі (=0,5-3 мм) і швидке охолодження у воді, маслі. Нагрівання деталі повинно здійснюватися швидко (не менше 1000оС в хвилину). Доцільно нагрівати деталь струмами високої частоти (СВЧ) |
Підвищується твердість поверхні деталі, її зносостійкість при збереженні в’язкої серцевини |
Відпуск |
Нагрівання загартованої деталі до температури 100-700оС і наступне охолодження. В залежності від температури і умов нагрівання відпуск буває низький, середній, високий |
Зменшується крихкість загартованих деталей, зменшуються внутрішні напруження, підвищується в’язкість сталі |
|
||
Відпал |
Нагрівання до температури 760-920 ОС, витримка при цій температурі і повільне охолодження разом із піччю |
Зменшується твердість деталі, що дає можливість обробляти її різанням. Зменшуються внутрішні напруження в деталі |
Таблиця 3.14 – Максимальна твердість сталей після гартування і відпуску
Сталь |
Твердість HRC |
Сталь |
Твердість HRC |
25 |
27-33 |
40ХС |
50-55 |
40 |
40-45 |
15ХМ |
28-30 |
45 |
48-52 |
35ХМ |
45-50 |
50 |
50-55 |
20ХН |
26-30 |
65 |
50-58 |
40ХН |
50-54 |
65Г |
57-62 |
30ХГС |
45-50 |
40Х |
50-54 |
38ХГМ |
33-38 |
35Г2 |
48-56 |
40ХНМА |
35-39 |