60. Способы закалки
Закалка в одном охладителе — нагретую до определённых температур деталь погружают в закалочную жидкость, где она остаётся до полного охлаждения. Этот способ применяется при закалке несложных деталей из углеродистых и легированных сталей.
Прерывистая закалка в двух средах — этот способ применяют при закалке высокоуглеродистых сталей. Деталь сначала быстро охлаждают в быстро охлаждающей среде (например воде), а затем в медленно охлаждающей (масло).
Струйчатая закалка заключается в обрызгивании детали интенсивной струёй воды и обычно её применяют тогда, когда нужно закалить часть детали. При этом способе не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем простая закалка в воде. Такая закалка обычно производится в индукторах на установках ТВЧ.
Ступенчатая закалка — закалка, при которой деталь охлаждается в закалочной среде, имеющей температуру выше мартенситной точки для данной стали. При охлаждении и выдержке в этой среде закаливаемая деталь должна приобрести во всех точках сечения температуру закалочной ванны. Затем следует окончательное, обычно медленное, охлаждение, во время которого и происходит закалка, то есть превращение аустенита в мартенсит.
Изотермическая закалка. В отличие от ступенчатой при изотермической закалке необходимо выдерживать сталь в закалочной среде столько времени, чтобы успело закончиться изотермическое превращение аустенита.
61. Важнейшее влияние легирующих элементов на превращения стали при нагревании и охлаждении, т. е. при термической обработке, заключается в том, что они вызывают сдвиг равновесных критических точек по температуре по отношению к положению их в нелегированной стали и изменяют концентрацию углерода в перлите, большей частью уменьшая эту концентрацию. Существенное влияние легирующие элементы оказывают на рост зерна аустенита при нагреве. Подавляющее большинство из них тормозит рост зерна и лишь некоторые из них активизируют; к таким элементам относится, например, Mn.
В том случае, если карбиды, образованные легирующими элементами, находятся в растворенном состоянии в аустените, они повышают его устойчивость против распада; этими свойствами обладают все легирующие элементы, за исключением Со.
Легирующие элементы оказывают заметное влияние на процесс коагуляции карбидов в стали, причем некоторые из них, как, например, Ni и Со, способствуют коагуляции, а Mn, Si и некоторые другие ее задерживают. В конструкционных сталях основными легирующими элементами являются хром, никель, кремний и марганец.
Никель увеличивает пластичность и вязкость стали, снижает температуру порога хладноломкости и уменьшает чувствительность стали к концентраторам напряжений.
Хром повышает жаростойкость и коррозионную стойкость стали, увеличивает ее электрическое сопротивление и уменьшает коэффициент линейного расширения.
Кремний широко используется при выплавке стали как раскислитель. Легирование кремнием углеродистых и хромистых сталей увеличивает их жаростойкость.
Марганец, подобно никелю, снижает критическую скорость охлаждения, но в отличие от последнего уменьшает и вязкость феррита.
Вольфрам, молибден, ванадии, титан, бор и другие вводят в сталь совместно с хромом, никелем и марганцем для дополнительного улучшения ее свойств.
По структуре в нормализованном состоянии легированные стали разделяются на три класса: перлитный, мартенситный и аустенитный.
Перлитная сталь содержит сравнительно небольшое количество легирующих элементов (не более 5-6%). После охлаждения на воздухе аустенит в этих сталях распадается с образованием феррито-цементитной смеси (перлита, сорбита или троостита). К этому классу относится большинство сталей (20ХГР, 18ХГТ, 40Х, ХВГ, 5ХНМ, 30ХГСА и др.)
Мартенситная сталь содержит повышенное количество легирующих элементов, расширяющих y-фазу (Ni, Mn и др.). После охлаждения на воздухе структура стали представляет собой легированный мартенсит. Применение этих сталей относительно невелико (12ХН3А, 18Х2Н4ВАХ12Ф1, Р18 и др.)
Аустенитная сталь содержит 12-30% легирующих элементов. Для этих сталей характерно сохранение аустенита при нормальной комнатной температуре без его распада. Стали этого класса находят широкое применение (1Х18Н10Т, 1Х14Н14В2М -жаропрочные стали, Г13 - износостойкая).
62. По классификации А. А. Бочвара различают 2 вида отжига:
Отжиг 1-го рода — без фазовой перекристаллизации — применяется для приведения металла в более равновесное структурное состояние: снимается наклёп, понижается твёрдость, возрастают пластичность и ударная вязкость, снимаются внутренние напряжения (в связи с процессами отдыха и рекристаллизации).
Отжиг 2-го рода осуществляется с фазовой перекристаллизацией: сталь нагревается до температуры выше критических точек, затем следует выдержка различной продолжительности и последующее сравнительно медленное охлаждение.
Отжиг — вид термической обработки металлов и сплавов, заключающийся в нагреве до определённой температуры, выдержке и последующем, обычно медленном, охлаждении. При отжиге осуществляются процессы возврата (отдыха металлов), рекристаллизации и гомогенизации. Цели отжига — снижение твёрдости для повышения обрабатываемости, улучшение структуры и достижение большей однородности металла, снятие внутренних напряжений. [1]
Полный и неполный отжиг [править]
Полный отжиг заключается в нагреве стали на 30–50 °C выше верхней критической точки для полного превращения структуры стали в аустенит и последующем медленном охлаждении до 500–600 °C для образования феррита и перлита. Скорость охлаждения для углеродистых сталей около 50–100 °C/ч. Если охлаждение ведётся на воздухе, происходит нормализация.
Неполный отжиг заключается в нагреве до температур между нижней и верхней критическими точками и последующем медленном охлаждении.
Изотермический отжиг [править]
Для легированных сталей применяют изотермический отжиг, состоящий в нагреве выше верхней критической точки А3 область избыточного аустенита, выдержке, охлаждении до температуры ниже нижней критической точки А1, выдержке, достаточной для полного превращения аустенита в перлит, и охлаждении до комнатной температуры.
Диффузионный (Гомогенизационный) отжиг [править]
Диффузионный отжиг состоит в нагреве до температур, значительно превосходящих критические точки, и продолжительной выдержке; используется для литого материала, обеспечивает получение равновесной структуры.. Диффузионный отжиг приводит к достижению более однородных свойств по объёму изделия и особенно улучшению механических свойств в поперечном (по отношению к прокатке) направлении. В необходимых случаях для предотвращения обезуглероживания стали производят отжиг в защитных атмосферах. При диффузионном отжиге идут следующие процессы:
выравнивание химического состава до равновесного;
растворение избыточных фаз;
выделение фаз из пересыщенного твердого раствора — особый случай — гетерогенизация во время гомогенизации, наблюдается в алюминиевых сплавах, содержащих хром, цирконий и скандий;
рост зерна;
образование и рост пор.
Высокотемпературный диффузионный отжиг [править]
Нагревать до температуры между температурами метастабильного и стабильного солидуса, заранее обрекая материал на частичное расплавление. Если объем легкоплавких фаз менее 1 %, то эта жидкость позднее рассосется, и влияния на свойства не окажет.
Температура нагрева зависит от температуры плавления Тн = 0,7–0,8 Тпл
Рекристаллизационный отжиг [править]
Рекристаллизационный отжиг — нагрев до температуры на 100–200 °C выше температуры рекристаллизации ,выдержка и последующее охлаждение. Вследствие процесса рекристаллизации происходит снятие наклепа, и свойства металла соответствуют равновесному состоянию.
63. Стали представлены в современном машиностроении наибольшим
числом марок (составов) [3–8]. Они классифицируются по химическому
составу, назначению и способу производства.
По химическому составу стали разделяют на углеродистые и легиро-
ванные. По назначению различают следующие классы сталей: конструкци-
онные (машиностроительные); машиностроительные специализированного
назначения, инструментальные, строительные, с особыми физическими и
химическими свойствами.
Стали конструкционные применяют во всех областях машинострое-
ния для изготовления различных деталей из проката и поковок (валы, оси,
шестерни и т.п.), а также отливок и сварных конструкций. Содержание уг-
лерода в конструкционных сталях находится в пределах от 0,05 до 0,60 %.
Легирующие элементы определяют механические и эксплуатационные
свойства сталей.
Конструкционные качественные углеродистые стали (ГОСТ 1050–
88), содержащие не более 0,6 % углерода, поставляют с гарантированными
химическим составом и механическими характеристиками. Эти стали при-
меняют, например, для глубокой вытяжки (сталь 05кп, сталь 08пс), в эле-
ментах трубных соединений (сталь 15кп, сталь 15пс, сталь 20), для изго-
товления деталей с высокой прочностью и износостойкостью (сталь 55,
сталь 50Р).
Конструкционная легированная сталь (ГОСТ 4543–71) в зависимости
от легирующих элементов делится на группы: хромистая (например, сталь
15Х), марганцовистая (10Г2), хромоникелевая (30ХНА), хромокремнистая
(40ХС), хромомарганцевая (35ХГ2); хромомарганцевая с ванадием
(35ХГФ), с молибденом (38ХГМ), с титаном (18ХГТ); хромомарганцевок-
ремнистая (35ХГСА); хромоникелевая с молибденом (30ХН2МА), с вана-
дием (20ХН4ФА) и т.д. Легированные стали имеют более высокие прочно-
стные свойства по сравнению с углеродистыми, и их применяют для изго-
товления ответственных деталей с соответствующей термической обра-
боткой.
64. Стали, у которых одно или несколько свойств развиты в нужном
направлении, называют специальными.
Специальные стали – это сплавы на основе железа, отличающиеся от
углеродистых сталей особыми свойствами, обусловленными либо их
химическим составом, либо способом производства, либо способом
обработки (Э. Гудремон).
Любая сталь содержит не только железо и углерод, но и другие
элементы, которые делят на примеси и легирующие элементы.
Стали с особенностями теплового расширения
Эти стали имеют заданный коэффициент линейного расширения равный коэффициенту расширения стекла, пластмассы и др.материалов. Это сплавы железа, никеля, кобальта.