19. Основные виды термической обработки для стальных отливок.
Термическая обработка. Термическая обработка стальных отливок является обязательной технологической операцией и проводится для улучшения кристаллического строения и физико-механических свойств, а также для снятия остаточных напряжений. К отливкам из углеродистых сталей чаще других видов термообработки применяют отжиг и нормализацию.
При отжиге измельчается зерно, снимаются остаточные напряжения, и выравнивается концентрация элементов внутри твердого раствора.
Отливки при отжиге нагревают до температуры на 30 – 50°С выше критической точки Ас3; так, для стали с содержанием углерода 0,2 – 0,3% эта температура соответствует 880 – 900°С.
Скорость нагрева составляет от 70 до 100°С в час, выдержка при температуре отжига устанавливается из расчета 1 ч на 35 – 50 мм толщины стенки отливки. Охлаждение отливок до 250 – 300°С медленное, со скоростью 40 – 50° С в час.
В табл. 57 показано, как в результате отжига изменяются механические свойства отливок из стали с содержанием углерода 0,2 – 0,3%.
Нормализация заключается в нагреве отливок по тому же режиму, что и отжиг, но охлаждение производится на воздухе. В этом случае достигаются более высокие показатели прочности. При нормализации внутренние напряжения не снимаются. Поэтому часто после нормализации для снятия внутренних напряжений применяют отпуск, заключающийся в нагреве отливок до температур 600 – 650°С со скоростью 30 – 40°С в час с выдержкой при этих температурах в течение 1–2 ч и с последующим медленным охлаждением до температур 400 – 450° С. Затем отливки охлаждаются на воздухе.
20. Легированные конструкционные литейные стали.
Назначение легирования. Легирование конструкционных сталей имеет своим главным назначением улучшение механических свойств и достижение максимальной равномерности свойств в различных сечениях отливки.
Выбор тех или иных элементов для легирования связан с назначением, толщинами стенок и другими конструкционными особенностями отливок. В одних случаях при легировании следует учитывать весь комплекс воздействия его на механические и литейные свойства стали, в других (например, при изготовлении отливок с большими толщинами стенок) основной задачей легирования является обеспечение сплошной прокаливаемости самых массивных сечений.
В основном от среднелегированных сталей требуется получение специальных свойств или определенного сочетания общих конструкционных и специальных свойств.
Если сталь содержит основной легирующий элемент в количестве до 2% или сумму нескольких легирующих элементов в количестве 3 – 5%, то в большинстве случаев она после нормализации имеет перлитную структуру и принадлежит к перлитному классу. Более дисперсная структура (например, сорбитная) может быть получена у таких сталей после более сложной термической обработки, например закалки с высоким отпуском.
При наличии в стали более высокого содержания одного или нескольких легирующих элементов она имеет структуру из мартенсита и троостита. Легированная сталь может быть отнесена и к ферритному классу, если она легирована соответствующими элементами. Но при этом свойства легированного феррита значительно отличаются от свойств обычного.
При легировании стали одним элементом чаще всего используют кремний, марганец, никель, хром, молибден, медь, ванадий и др.
При более сложном легировании чаще других используют комбинации: марганец-кремний, марганец-кремний-титан, марганец-хром, хром-марганец-кремний, марганец-молибден, марганец-ванадий, марганец-титан, хром-молибден, хром-ванадий, хром-молибден-ванадий, хром-вольфрам, никель-хром, никель-марганец, никель-молибден, никель-ванадий, никель-марганец-молибден и др.
Чаще других из низколегированных сталей используют стали, легированные кремнием, марганцем, хромом, хромом и никелем, медью и др.
Из сталей, легированных кремнием, практическое применение нашли следующие:
1) низкоуглеродистая конструкционная кремнистая сталь, содержащая 0,1 - 0,2% С и 1% Si;
2) высокоуглеродистая кремнистая сталь, содержащая 0,4 - 0,5% С и 1,4 - 1,6% Si;
3) графитизированная износоустойчивая сталь, содержащая 1,25 – 1,5% С и 1,0 – 1,35% Si и некоторые другие легирующие элементы.
Низкоуглеродистая кремнистая сталь используется для отливок, к которым предъявляются повышенные требования по пластичности и износостойкости.
Высокоуглеродистая кремнистая сталь при меньшей пластичности отличается большим сопротивлением износу в пыльной атмосфере.
Графитизированная сталь (так она называется потому, что после графитизирующего отжига в ее структуре образуется графит) используется для отливок, работающих в условиях тяжелого абразивного износа при отсутствии ударных воздействий.
Большое применение для изготовления отливок получили среднелегированные хромоникелевые и никельхромовые стали. В них удачно сочетается совместное влияние хрома и никеля. Никель легирует феррит и сохраняет его пластичность. Хром дополнительно упрочняет феррит, и, кроме того, карбиды хрома блокируют плоскости скольжения.
Никель и хром наилучшим образом действуют на повышение прочности стали и улучшение ее прокаливаемости при следующем соотношении содержаний: Ni : Cr =2 - 2,5.
В промышленности используется сталь и с обратной пропорцией никеля и хрома: Cr : Ni = 2 -2,5.
Во втором случае высокая пластичность стали в отливках может быть достигнута только при содержании углерода, не превышающем 0,25%.
Конструкционные низко- и среднелегированные стали характеризуются более высоким, чем у углеродистых, отношением предела текучести к пределу прочности при растяжении. Оно составляет после нормализации и отпуска 0,6 - 0,7, а после закалки и отпуска 0,7 - 0,85.
Как правило, низко- и среднелегированные стали характеризуются худшими (низколегированные в меньшей, а высоколегированные в большей мере) литейными свойствами.
Цифры и буквы в наименованиях марок сталей обозначают: двузначные цифры – среднее содержание углерода в сотых долях процента, С – кремний, Г – марганец, X – хром, H – никель, Д – медь, М – молибден, В – вольфрам, Т – титан и Л – литейная.