9. Закалка стали.

Она применяется для повышения твердости, прочности, износоустойчивости. Поставленная задача достигается за счет образования структуры мартенсит (перенасыщенный раствор в альфа железе с тетрагональной кристаллической решеткой). Форма зерна пластинчатая, а в плоскости игольчатая. Твердость мартенсита зависит от температуры и может быть 45 – 65 HRC. Для получения этой структуры температура нагрева для доэвтектической стали на 30 – 50 град. выше Ас3, а у эвтектических и заэвтектических на 10 – 30 град. выше Ас1, в результате при нагреве образуется структура аустенит. Продолжительность нагрева должна обеспечить однородную структуру аустенита по химическому составу. И зависит от типа печи, способа нагрева, размера и формы детали, химического состава материала, нагревающей среды точно может быть определена лишь экспериментальным путем. Например, для электрической печи с трехсторонним нагревом детали цилиндрической формы необходимо нагревать 1 мм диаметра 50 – 70 с. Охлаждающая среда должна обеспечить скорость охлаждения больше критической (критической скоростью закалки наз. минимальная скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит). Для углеродистых сталей средой, обеспечивающей такую скорость является вода или ее растворы. Для легированных сталей масло. Закалка сопровождается возникновением больших напряжений, и чем сложней конфигурация, тем больше вероятность ее разрушения во время закалки. Для уменьшения уровня напряжений используются след. свойства:

1) прерывистая – уменьшает напряжения 2-го и 3-го рода.

2) с подстуживанием. 1-го рода (воздух, вода).

3) ступенчатая (расплав соли) уменьшает напряжения второго рода.

10. Отпуск стали.

Термическая операция, назначающаяся после закалки, для частичного или полного снятия закалочных напряжений. Состоит из нагрева до температуры при низком отпуске – 200 – 250 град., средний отпуск 250 – 400 град., высокий отпуск 550 – 650 град. Чем выше температура, тем полнее снимаются напряжения. Низкий отпуск рекомендуется для инструментальных сталей, а так же конструкционных после поверхностной закалки или цементации и закалки, то есть для деталей, работающих в условиях износа. Средний отпуск для рессор, пружин, амартизаторов, обеспечивая высокие упругие свойства. Высокотемпературный отпуск применяется для деталей в сложнонагруженном состоянии. Обеспечивает достаточную прочность при высокой вязкости изделия. Охлаждение при отпуске лучше всего проводить на воздухе, так как после высокого отпуска быстрое охлаждение создает новые напряжения. после низко-температурного отпуска скорость охлаждения не имеет значения. А после средне-температурного отпуска желательно быстрое охлаждение.

11. Цементация стали.

Детали, подверженные цементации и последующей термической обработки приобретают высокую поверхностную твердость и сохраняют вязкость сердцевины, то есть эти детали работают в условиях трения и износа с динамическими нагрузками ( звездочки, валы, шестерни). Термограмма процесса состоит:

Для серийного производства цементацию проводят в газовой среде ( пропан-бутан), для мелкосерийного производства и одиночного в твердом карбюризаторе ( древесный уголь). Температура 910 – 950 град.. Продолжительность зависит от назначения детали: чем больше контактные нагрузки, тем больше требуется глубина, тем больше должна быть продолжительность. Скорость диффузии углерода вглубь составляет 0,1 мм/ 1 час. Как правило глубина слоя лежит от 0,6 до 3 мм.

После цементации проводится закалка с температурой 860 – 980 град. Для особых назначений 2 закалки:

1) для измельчения зерна

2) прочность

После закалки проводится низкий отпуск. Для цементации применяются стали, содержащие углерода 0,12 – 0,27% - углеродистые (сталь 15, 20, 25), легированные (12ХН3А, 20Х, 20ХН).

12. Азотирование стали.

Применяется для: 1) повышения твердости, прочности, износостойкости. 2) повышения усталостной прочности. 3) повышения коррозионной стойкости.

Задача 1. решается лишь для конструкционных, легированных сталей, так как высокую твердость и прочность имеют лишь образовавшиеся в результате азотирования нитриты хрома, алюминия, молибдена. Нитрит же железа не имеет таких свойств

Задача 2. решается для любых конструкций стали за счет образования в поверхностном слое напряжений сжатия.

Задача 3. для любой стали (всех) за счет образования в поверхностном слое ε-фазы.

Для решения первой задачи лучше всего азотировать при температуре 500 – 600 град. Если температура выше, то нитриты очень крупные, то есть прочность будет ниже. Глубина азотированного слоя 0,3 - 0,6 мм. Продолжительность 30 – 60 часов. Азотирование может проходить в газовой среде (аммиак) и жидкостной (расплавы цианистых солей). Общий цикл термообработки складывается из закалки, высокого отпуска и азотирования, то есть на азотирование детали попадают с припуском на дошлифовку.