книги из ГПНТБ / Физические основы электротермического упрочнения стали

гична кривой повторного нагрева после электроотпуска до 350° С. Остаточный аустенит фиксируется лишь в виде остановки в спаде намагниченности, а значительное уменьшение намагниченности в интервале от комнатных температур до 250° С обусловлено в основ­ ном приближением к точке Кюри дефектного цементита, близкого по свойствам к стабильному. Уменьшение, по сравнению с электроотпущенными образцами, магнитного эффекта в точке А0 свидетель­ ствует в пользу предположения об образовании в структуре неко­ торого количества графита.

Термомагнитная кривая образца после теплой пластической де­ формации при 350°С аналогична магнитограмме повторного элек­ тронагрева образцов после электро­ отпуска до 400—450° С. Магнито­ граммы повторного нагрева образ­ цов, деформированных при 400° С, аналогичны магнитограммам образ­ цов, деформированных при 400— 600° С, и магнитограммам образцов, электроотпущенных при 600° С.

По мере увеличения температуры обработки уменьшается необрати­ мый спад намагниченности в темпе­ ратурном интервале 300—550° С и магнитный эффект в точке А0 («цементитный» эффект).

Результаты обработки магнито­ метрических кривых приведены на рис. 182. После теплого волоче­ ния количество углерода, не прини­ мающего участия в образовании карбидной фазы, при всех темпера­

турах (кроме 550° С) выше, чем после электроотпуска до тех же температур. Меньший по величине эффект необратимого спада на­ магниченности в интервале 300—500° С на термомагнитных кривых образцов, подвергнутых теплому волочению, по сравнению с маг­ нитограммами образцов после электроотпуска при нагреве до тех же температур объясняется образованием графита из большей час­ ти углерода, первоначально связанного с дефектами решетки или находящегося в позициях внедрения в твердом растворе, при нагре­ ве в ванне магнитометра. Образованию графита способствуют, по-видимому, дефекты, возникающие при теплой пластической де­ формации, хотя в данном случае это, вообще говоря, известное воз­ действие пластической деформации проявляется при относительно небольших степенях обжатия (до 10%).

Как следует из расчета, количество углерода, из которого, воз­ можно, образуется графит, меньше суммарного количества углеро­ да, связанного с дефектами кристаллической структуры и находя­ щегося в твердом растворе. Такой вывод можно сделать уже на

перехода части атомов железа в немагнитное состояние (парамагнит­ ный цементит). Если бы в интервале 300—500°С превалирующим процессом была графитизация цементита, то намагниченность в итоге возрастала бы. При повышении температуры теплого волоче­ ния до 500—550° С количество углерода, не связанного в карбиды, непрерывно увеличивается. Это, по-видимому, является следстви­ ем различного влияния пластической деформации на количество

900 град/сек основные процессы отпуска завершаются еще до нача­ ла пластической деформации, чем, вероятно, и объясняется резкое уменьшение количества углерода, связанного с дефектами кристал­ лического строения, а также графита, образующегося под влиянием теплой пластической деформации при температуре выше 550° С. Не исключено, что определенную роль в этом играют также процес­ сы снятия наклепа (отдыха, полигонизации, рекристаллизации), которые могут существенно уменьшать «емкость» деформированной матрицы по отношению к содержащемуся в ней углероду.

С целью получения дополнительной информации о причинах ускоряющего влияния теплого волочения на процессы распада мартенсита было выполнено калориметрическое исследование стали 70 в закаленном, закаленном и электроотпущенном до 250° С, зака­ ленном и после теплого волочения при 250° С состояниях с обжа­ тием 10% [116, 140]. В качестве эталона использовались образцы из отожженной стали.

На дилатометрической кривой повторного нагрева электроотпущенной до 250° С стали в области 180—240° С отмечается распад остаточного аустенита, количество которого, определенное по вели­ чине объемного эффекта, совпадает с количеством, определенным при помощи калориметрического и магнитометрического анализов. Величина объемного эффекта третьего превращения электроотпущенного образца равна величине объемного эффекта закаленной стали (2,7 • Ю - 3 ) . На дилатометрической кривой образца, подверг­ нутого теплому волочению при 300° С, не фиксируются объемные эффекты, сопровождающие первое и второе превращения при от­ пуске. Объемный эффект третьего превращения значительно мень­ ше: около 1,3 • Ю - 3 .

Аналогичные выводы сделаны на основании результатов кало­ риметрического исследования. Тепловой эффект в интервале темпе­

Увеличение теплового эффекта можно объяснить тем, что при плас­ тической деформации в момент отпуска увеличивается количество

пластичность заготовки, подвергнутой теплой пластической дефор­ мации, выше пластичности электроотпущенной заготовки. Посколь­ ку при теплом волочении закаленной стали заметно ускоряется рас­ пад мартенсита [549, 550] на всех трех стадиях отпуска, прочность, достигаемая при этом, ниже прочности заготовки после электроот­ пуска до той же температуры, причем с повышением температуры обработки прочность в обоих случаях монотонно снижается. Кривые твердости изменяются аналогично (рис. 189).

•— сталь 60.

Для изготовления проволоки обе партии заготовок подвергали волочению с одинаковыми единичными обжатиями (20%). На про­ межуточных и конечном диаметрах проволоки измерялись ее механи­ ческие свойства. На рис. 190 приведены зависимости механических свойств стальной проволоки от логарифма вытяжки при холодном волочении сталей 60 и 70. Заготовки упрочнялись теплым воло­ чением при 400 и 500° С и электроотпуском до 500 и 550° С. Штри­ ховкой отмечены свойства, удовлетворяющие техническим требова­

ниям для марок 1 и В стальной проволоки. Заметим, что различие в качестве проволоки, полученной из заготовок, обработанных по указанным методам, тем больше, чем выше суммарное обжатие. Прочность проволоки диаметром 1,2 мм значительно выше

(250 кГ/мм2) прочности проволоки из патентированной стали (180— 200 кГ/мм2). При этом проволока, изготовленная из стали, прошед­ шей теплое волочение, значительно пластичнее, она имеет меньший разброс по числу скручиваний и у нее не обнаружены признаки расслоения.

На рис. 191 представлена диаграмма прочность — пластичность

деформирование стали при холодной пластиче­ ской деформации и тем самым затрудняющего достижение высоких суммарных обжатий. Так как при электротермомеханической обработке можно получить более однородную структуру, чем при патентировании, этот способ может быть рекомен­ дован для изготовления проволоки больших диа­ метров и повышенной прочности (например, ар­

матурной проволоки). Электротермомеханическая обработка позво­ ляет успешно осуществлять упрочнение легированных сталей, так как упрочнение при этом способе обработки не связано с устой­ чивостью переохлажденного аустенита. Прочность стали может повышаться на 20—25%, при этом сохраняется необходимый уровень ее пластических свойств.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРООТПУСКД ПРИ ОБРАБОТКЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Применение электроконтактного нагрева, как было показано выше, может коренным образом изменить культуру производства на тер­ мических участках. Наиболее перспективными для применения это­ го способа нагрева являются изделия с постоянным электрическим сопротивлением по длине (проволока, трубы, арматура и т. п.). Для электроконтактного нагрева массивных деталей требуются то­ ки большой величины, что сопряжено с преодолением многих техни­ ческих трудностей. Кроме того, номенклатура деталей, обработка которых возможна при помощи пропускания'тока, весьма невелика, так как большинство машиностроительных деталей требует лишь

локальной обработки. Широко используемый в промышленности ме­ тод термообработки при помощи ТВЧ в большинстве случаев огра­ ничен нагревом обрабатываемых деталей под закалку. Попытки применить индукционный нагрев для отпуска часто оказываются безуспешными из-за невозможности достичь необходимой глубины нагрева, а также из-за отсутствия простых и надежных приборов для безынерционного измерения температур нагрева при скоростном отпуске. Простой расчет показывает, что глубина проникновения индукционного тока с1иил в цилиндрическую деталь, а значит и глу­ бина эффективно отпущенного слоя мартенсита, вычисляемая по упрощенной формуле

где р — удельное сопротивление нагреваемого слоя (мком • см), f — частота индукционного тока (гц), [х — магнитная проницаемость (гс/э), даже при сравнительно невысокой частоте машинных генера­ торов (2500 гц) составляет примерно 0,3—0,5 мм. Очевидно, что для отпуска деталей, имеющих глубину закаленного слоя 3—4 мм, это­ го будет недостаточно и в результате процесс отпуска произойдет лишь в тонком слое обработанной детали. Эффективную глубину отпуска можно увеличить, уменьшив скорость индукционного нагре­ ва. В этом случае необходимое для отпуска глубинных слоев тепло поступает от внешних слоев вследствие теплопроводности. Однако такой способ не только не эффективен, но и не позволяет реализо­ вать высокую скорость нагрева.

Н. М. Родигин [551] предложил для увеличения глубины проник­ новения вихревых токов использовать внешнее подмагничивание нагреваемой детали постоянным магнитным полем. Суть этого спо­ соба заключается в том, что при подмагничивании ферромагнетика сильным полем магнитная проницаемость резко уменьшается, вслед­ ствие чего увеличивается глубина проникновения индукционного тока. Экспериментальная проверка влияния подмагничивания на глубину отпуска при индукционном нагреве была выполнена на об­ разцах из стали 45, диаметром 60 и длиной 100 мм, закаленных в печи. Участки образцов длиной 30 мм подвергались индукционному отпуску до различных температур током при частоте 2500 гц с подмагничиванием и без него при скорости нагрева 100—150 град/сек. Напряженность поля в зазоре электромагнита, питаемого перемен­ ным током промышленной частоты, составляла примерно 3000 э

[552].

Описанные в работе [552] результаты проверки, хотя и носят в основном оценочный характер, явились началом разработки методи­ ки индукционного нагрева под отпуск. В результате систематиче­ ских исследований была создана специальная установка [553]. При ее проектировании авторы исходили из того, что весь процесс терми­ ческой обработки — нагрев под закалку ТВЧ, охлаждение водой и последующий скоростной отпуск до требуемой температуры — дол-

жен быть автоматизирован. Схема установки приведена на рис. 192. На станине 5 расположены две бабки 3 и 8 для фиксирования обраба­ тываемой детали в рабочем положении при помощи пневматиче­ ской системы. Управление перемещением поршня 4 и связанных с ним бабок осуществляется трехпозиционным переключателем 7. На передней бабке 8 смонтирован электродвигатель 9, предназначен­ ный для вращения детали в процессе индукционного нагрева. Вра­ щение от электродвигателя передается на деталь посредством чер­

расположен щиток с вращающимся центром 2. Поршень со штоком перемещается пневматически поворотом переключателя 7. В исход­ ном перед обработкой положении деталь 11 лежит на катках /. Для установки обрабатываемой детали в индуктор обе бабки пере­ водятся в крайнее левое положение и деталь выдвижением штока задней бабки зажимается в центрах. После термообработки пово­ ротом рукояток пнезмопереключателей деталь возвращается в ис­ ходное положение и убирается со станины. Бесконтактное и безынер­ ционное измерения низких температур отпуска осуществляются инфракрасным спектропирометром ИКП-57А, несколько модерни­ зированным для применения в заводских условиях [554]. Узкий спектральный интервал прибора позволяет проводить измерения в области спектра, в котором отсутствуют полосы поглощения газа­ ми заводской атмосферы. Для работы прибора вполне достаточно поле визируемого участка детали размером порядка 1—4 мм2, что имеет весьма существенное значение при измерении температуры отпускаемого участка образца непосредственно под индуктором. При нагреве поверхности детали до требуемой температуры отпуска замыкаются контакты промежуточного реле РП5, которое через кон­ тактор К размыкает цепь нагрева (рис. 193). Применение спектропирометра позволяет использовать «остаточное» тепло после закал-