- •1. Сущность и назначение термической обработки стали.
- •2. Основные виды термической обработки.
- •3. Фазовые превращения в стали.
- •4. Критические точки образования аустенита.
- •5. Механизм образования аустенита из перлита.
- •2. Отжиг и нормализация.
- •3. Закалка.
- •3. Изотермическая закалка.
- •4. Закалочные среды.
- •Химико-термическая обработка
- •2.Цементация.
- •3.Азотирование.
- •4.Цианирование.
- •2. Маркировка сталей.
- •3.Влияние легирующих элементов на структуру и свойства стали.
- •4. Стали обыкновенного качества. Классификация.
- •Инструментальные стали
- •2.Углеродистая инструментальная сталь.
- •3. Легированная инструментальная сталь.
- •4. Быстрорежущая сталь.
- •Al и его сплавы. Mg и его сплавы.
- •2. Термическая обработка Al-Cu сплавов.
- •3. Классификация алюминиевых сплавов.
- •4. Магний и его сплавы.
- •Медь и ее сплавы
- •2.Классификация медных сплавов. Латуни.
- •3. Оловянные бронзы.
- •4. Алюминиевые бронзы.
- •Специальные сплавы
- •2.Стали и сплавы для работы при высоких температурах.
- •3.Сталь с высоким электрическим сопротивлением.
- •4. Стали с особым тепловым расширением.
- •5. Магнитные стали и сплавы.
- •6. Титан и его сплавы.
- •Sn, Pb, Zn и их сплавы подшипниковые сплавы и припои.
- •2. Классификация подшипниковых сплавов.
- •3. Баббиты.
- •4.Припои.
- •Sn, Pb, Zn и их сплавы подшипниковые сплавы и припои
- •2. Баббиты.
3. Изотермическая закалка.
Изотермической закалкой называется операция нагрева стали, как и при обычной закалке, выше линии GSK, т.е. до аустенитного состояния доэвтектоидной стали или аустенитно-карбидного – заэвтектоидной, ускоренного ее охлаждения в зоне наименьшей устойчивости аустенита в расплавленной соли, имеющей температуру выше т. Мн, выдержки в горячей среде в зоне промежуточного превращения до полного его завершения и последующего охлаждения на воздухе.
Температура изотермической выдержки зависит от требуемых свойств деталей и лежит выше т. Мн, но ниже зоны перлитного превращения. Изотермическая закалка позволяет в значительной степени устранить большую разницу в скорости охлаждения поверхности и сердцевины изделий, являющуюся основной причиной образования термических напряжений. Кроме того, при изотермической закалке бездиффузионное мартенситное превращение заменяется диффузионным промежуточным превращением, которое протекает постепенно и одновременно по всему сечению. Это уменьшает образование структурных напряжений. При охлаждении после изотермической выдержки, благодаря закончившемуся превращению аустенита, структурные изменения уже не происходят.
В результате изотермической закалки детали получают структуру Бейнита с высокой и средней твердостью, достаточно вязкую, прочную и хорошо сопротивляющуюся ударной нагрузке.
Отсутствие значительных термических и структурных напряжений резко снижает брак, связанный с образованием трещин, короблением и изменением размеров деталей.
Другими методами закалки структуру Бейнита получить не удается.
Изотермической закалке подвергают детали из простых углеродистых и низколегированных сталей тонкого сечения (не более 5-10 мм). При больших сечениях невозможно в горячей среде переохладить аустенит без распада до температур, лежащих выше т. Мн, из-за малой устойчивости аустенита.
Изотермическая закалка деталей более крупных сечений применима главным образом к высоколегированным сталям, в которых аустенит более устойчив (кривые на диаграммах изотермического превращения аустенита достаточно сдвинуты вправо). В этом случае можно избежать перлитного превращения в горячей среде и достигнуть зоны более устойчивого аустенита.
Очень хорошие результаты дает изотермическая закалка таких деталей, как пружины, болты, шайбы, трубы, различные мелкие детали для автомобилей, прочих машин и механизмов.
Изотермическая закалка стальной проволоки в расплавленной свинцовой ванне называется патентированием.
4. Закалочные среды.
Для успешного проведения термической обработки большое значение имеет правильный выбор закалочной среды.
Наиболее распространенными закалочными средами являются вода, 5-10% водный раствор NaOH или NaCl, минеральное масло, а также расплавы солей с низкой температурой плавления.
При закалке стали требуется быстро охладить аустенит при температурах наименьшей его устойчивости, т.е. при 650-5500С до Мн. В зоне температур мартенситного превращения, т.е. ниже 3000С, наоборот выгоднее применять замедленное охлаждение, чтобы образующиеся структурные напряжения успели выровняться. Твердость образовавшегося мартенсита при выдержке ниже Мн практически не снижается.
Данные о скоростях охлаждения и наиболее распространенных закалочных средах приводим в таблице.
Скорость охлаждения в различных закалочных средах (по С. С. Штейнбергу).
№№ |
Закалочная среда |
Скорость охлаждения в º/с в интервале температур |
|
650-5500 С |
300-2000С |
||
1 |
Вода при 180С |
600 |
270 |
2 |
Вода при 500С |
100 |
270 |
3 |
Вода при 740С |
30 |
200 |
4 |
10% р-р в воде при 180С |
1200 |
300 |
5 |
10% р-р в воде при 180С |
1100 |
300 |
6 |
Эмульсия масла в воде |
70 |
200 |
7 |
Мыльная вода |
30 |
200 |
8 |
Минеральное масло |
150 |
30 |
Из данных таблицы видно, что идеальной закалочной среды, которая удовлетворяла бы всем условиям, нет. Раствор NaOH или NaCl в воде и вода выгодны при охлаждении в зоне температур 650-550, но они могут вызвать внутренние напряжения, коробление и трещины при охлаждении в зоне температур ниже Мн, т.е. 300-200, вследствие того, что быстро охлаждают в этом интервале температур.
Масло, наоборот, невыгодно в зоне температур 650-5500С и очень выгодно, вследствие умеренного охлаждения, в зоне мартенситного превращения, т.е. ниже 300-2000С.
При закалке в масле образуется паровая рубашка, препятствующая теплопередаче. Так как вследствие вязкости закалочной среды паровая рубашка медленно устраняется, то и охлаждение протекает медленно.
В воде паровая рубашка разрывается легче. Отработанная вода закаливает сильнее, чем свежая, в которой растворенные газы вызывают образование паро-газовой рубашки вокруг деталей.
Еще быстрее охлаждение идет в растворе NaOH. Частички едкого Na, попадая на раскаленный металл, взрывается и разрывает паровую рубашку. Это преимущество растворов едкого Na обеспечивает их широкое применение для закалки простых среднеуглеродистых сталей. Наибольшая скорость охлаждения достигается при закалке стали в потоке сжатого холодного [защитного] газа.
В качестве охлаждающей среды при ступенчатой и изотермической закалке чаще применяют расплавленные соли в интервале температур 150-5000С, например, 55% KNO3 и 45% NaNO2 (или NaNO3), а также расплавленные щелочи (20% NaOH и 80% КОН). Чем ниже температура соли (щелочи), тем выше скорость охлаждения в ней. Поскольку расплавленные соли охлаждаются только вследствие теплоотдачи, то охлаждающая способность их возрастает при перемешивании. Добавление воды (3-5%) в расплавы едких щелочей, при погружении в них нагретого для закалки изделия, вызывает кипение и увеличение скорости охлаждения в области температур перлитного превращения. Скорость охлаждения возрастает при 400-4500С в 4 – 5 раз, а при 3000С – в 2 раза.
Охлаждение в расплавах едких щелочей, если предварительно детали охладились в жидких солях, не вызывающих окисления, позволяет получить чистую поверхность светло-серого цвета. Закалку по этому способу называют светлой.