36. Влияние термической обработки на структуру и свойства чугунов

Термообработка – совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счёт изменения внутреннего строения.

Термообработка бывает предварительная и окончательная.

Основные факторы термообработки — это время и температура (рис.1).

рис.1. Основной график термообработки

Основные этапы термообработки: нагрев, выдержка и охлаждение.

Температура нагрева и выдержки определяется материалом и формой изделия. Все режимы термообработки бывают многоступенчатыми и одноступенчатыми.

Для термообработки применяются различные печи:

1) По виду нагрева: топливные и электрические.

2) По конструкции: камерные печи, шахтные печи, методические печи.

Виды термообработки:

1) Отжиг первого рода. Производится нагрев ниже температуры фазовых превращений (ниже 700 оС) и медленное охлаждение проводится для придания структуре равновесного состояния.

2) Отжиг второго рода. Изделие нагревается выше температуры фазовых превращений, затем медленно охлаждается.

3) Закалка. Нагрев выше температуры фазовых превращений и быстрого охлаждения с целью придания не равновесного состояния.

4) Отпуск. Нагрев ниже температуры фазовых превращений, затем медленное охлаждение. Проводится только после закалки.

Термическая обработка чугунных отливок.

Термообработку отливок из чугуна проводят для снятия литейных напряжений и стабилизации размеров, снижения твёрдости и улучшения обрабатываемости, повышения механических свойств, а также износостойкости. Применяют следующие виды термообработки чугунных отливок.

Низкотемпературный отжиг применяют для снятия внутренних напряжений. Температуру отжига назначают в зависимости от химического состава чугуна. Отливки из серого чугуна обычно отжигают при 500-700ºС; из высокопрочного чугуна при 550-650ºС; из низколегированного чугуна при 570-600ºС, а из высоколегированного при 600-650ºС. Продолжительность выдержки отливок при температуре отжига зависит от размеров отливки и её конфигурации и обычно составляет 3-10 ч. Сложные отливки, отливки с большей разницей в толщинах стенки отжигают более длительное время. После отжига отливки охлаждают вместе с печью. Механические свойства отливок при такой термообработке практически не изменяются.

Графитизирующий отжиг применяют обычно при снижении твёрдости и улучшении обрабатываемости резанием. Отливки нагревают в печах до 680-750ºС. При этом происходит графитизация и частичная сфероидизация эвтектоидного цемента, что снижает твёрдость, улучшает обрабатываемость, но несколько уменьшает прочность чугуна.

Высокотемпературный отжиг отливок производят для графитизации первичных карбидов в отбеленном или половинчатом чугуне. Отливки нагревают до 900-960ºС, а затем медленно охлаждают до 300ºС. В отливках образуется перлитная структура, отличающаяся оптимальной твёрдостью и прочностью.

Нормализацию применяют для повышения механических свойств и износостойкости чугуна за счёт улучшения его структуры и получения перлитной металлической основы, а также для отливок, имеющих ферритную, ферритно-перлитную или ледебуритно-перлитную структуры. Отливки нагревают до 850-950ºС. При нормализации ферритного или ферритно-перлитного чугуна часть графита растворяется в аустените и за счёт этого количество связанного углерода увеличивается.

При нормализации отбеленного чугуна происходит графитизация первичных карбидов. В отливках после охлаждения на воздухе до температуры 500ºС образуется перлитная структура. Для снижения напряжений отливки ниже 500ºС охлаждают медленно, вместе с печью.

Закалку и отпуск применяют для отливок из серых, высокопрочных и ковких чугунов с целью повышения прочности, твёрдости и износостойкости. Отливки нагревают до 880-930ºС и охлаждают в масле. Структура отливок – мартенсит. Затем производят отпуск нагревом до 400-600ºС с последующим охлаждением.

Отпуск отливок, работающих на износ, производят при 250-300ºС. Отливки из чугуна с шаровидным графитом, работающие на износ, подвергают изотермической закалке.