3. Превращения переохлажденного аустенита в изотермических условиях и при непрерывном охлаждении
|
Рисунок
1.Изотермическая
и термокинетическая диаграммы
превращения стали 18ХГ.
|
|
Таблица 4. Химический состав стали 18ХГ [1].
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Cu |
|
0,15...0,21 |
0,17...0,37 |
0,9...1,2 |
не более 0,3 |
не более 0,035 |
не более 0,035 |
0,9...1,2 |
не более 0,3 |
Так как для стали 20ХГР нет диаграммы в справочнике Попова, то берем ближайшую по составу сталь и диаграмму. Исходя из того, что в стали 20ХГР присутствует бор, то диаграмме стали 18ХГ, будет смещена по диагонали вправо вверх.
4. Определение верхней критической скорости закалки
Для ближайшей стали 18ХГР эта скорость определяется началом перлитного превращения tmin = 650 oC и τmin=90 c.
Vвкз=
;Vвкз=
=2,16оС
5. Определение температуры начала мартенситного превращения
Мн – температура начала мартенситного превращения, рассчитываем по формуле Попова [3]:
.
Температура мартенситного превращения по нижнему пределу
,
по верхнему пределу
6. Технология выплавки и последующей термохимической обработки
При производстве конструкционных легированных сталей используют различные печи: мартеновские печи, кислородные конвертеры и электрические печи. Рассмотрим технологию выплавки в дуговой печи.
Схема дуговой печи показана на рис. 2. Дуговая печь питается трёхфазным переменным током. Имеет три цилиндрических электрода 9 из графитизированной массы, закреплённых в электрододержателях 8, к которым подводится электрический ток по кабелям 7. Между электродом и металлической шихтой 3 возникает электрическая дуга. Корпус печи имеет форму цилиндра. Снаружи он заключён в прочный стальной кожух 4, внутри футерован основным или кислым кирпичом 1. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной 12 и сводом 6. Съёмный свод 6 имеет отверстия для электродов. В стенке корпуса имеется рабочее окно 10 (для слива шлака, загрузки ферросплавов, взятия проб), закрытое при плавке заслонкой. Готовую сталь выпускают через сливное отверстие со сливным желобом 2. Печь опирается на секторы и имеет привод 11 для наклона в сторону рабочего окна для скачивания шлака или желоба для слива стали. Печь загружают при снятом своде.
Вместимость печей составляет 0,5…400 тонн.
Рисунок 2. Схема дуговой плавильной печи
В металлургических цехах используют электропечи с основной футеровкой, а в литейных – с кислой.
В основной дуговой печи осуществляется плавка двух видов:
а) на шихте из легированных отходов (методом переплава);
б) на углеродистой шихте (с окислением примесей).
Рассмотрим плавку на шихте из легированных отходов.
Плавку на шихте из легированных отходов ведут без окисления примесей. Шихта для такой плавки должна иметь меньше, чем в выплавляемой стали марганца и кремния, а также пониженное содержание фосфора. После расплавления шихты из металла удаляют серу, наводя основной шлак, при необходимости науглероживают и доводят металл до заданного химического состава. Проводят диффузионное раскисление, подавая на шлак измельченные ферросилиций, алюминий, молотый кокс. Так выплавляют легированные стали из отходов машиностроительных заводов.
В печь загружают шихту: стальной лом, чушковый передельный чугун, электродный бой или кокс для науглероживания металлов и известь. Опускают электроды, включают ток. Шихта под действием электродов плавится, металл накапливается в подине печи. Во время плавления шихты кислородом воздуха, оксидами шихты и окалины активно окисляются железо, кремний, фосфор, марганец, частично, углерод. Оксид кальция из извести и оксид железа образуют основной железистый шлак, способствующий удалению фосфора из металла. После нагрева до 1500…1540 0C загружают руду и известь, проводят период «кипения» металла, происходит дальнейшее окисление углерода. Кипение металла ускоряет удаление из него газов, неметаллических включений, способствует удалению фосфора. Периодически шлак удаляют и добавляют руду и известь. Когда содержание углерода становится на 0,1 % меньше заданного, кипение прекращают. После прекращения кипения удаляют шлак.
Во время восстановительного периода плавки металл раскисляют белым шлаком (известь, плавиковый шпат, кокс и ферросилиций) и приступают к удалению серы и раскислению металла до заданного химического состава. Раскисление производят осаждением и диффузионным методом. Для определения химического состава металла берут пробы и при необходимости вводят в печь ферросплавы для получения заданного химического состава. Затем выполняют конечное раскисление алюминием и силикокальцием, и выпускают сталь в ковш.
При выплавке легированных сталей в дуговых печах в сталь вводят легирующие элементы в виде ферросплавов.
В ходе последующей химико-термической обработки проводимой по следующим режимам: цементация при 920...950 оС, охлаждение замедленное в колодцах или в цементационных ящиках; закалка 820...840 оС в масле; отпуск при 180...200 оС. охлаждение на воздухе или в масле, были получены результаты твердости:
НВ, 321 (сердцевина)
HRC, 57...63 (поверхность)