Условия образования и роста зародышей кристаллов
Переохлаждение системы до некоторой критической температуры Tк приводит к появлению зародышей кристаллизации. Существенное влияние на образование и рост зародышей оказывает внешнее воздействие- температура, концентрация, состав среды, ее объём, от присутствия в ней посторонних частиц — центров кристаллизации (пылинок, кристалликов др. в-в и т. п., на которых образуются зародыши), материал и состояние поверхности стенок сосуда, интенсивность перемешивания, вибраций, действие излучения и ультразвуковые колебания.
Гомогенизация и нормализация стали
Гомогенизацию применяют для устранения дендритной или внутрикристаллитной ликвации стальных слитков и крупных отливок. Процесс состоит из операции нагревания изделия до температуры +1100…+1200 0C, выдержки при этой температуре в течение 8-20 часов и медленного охлаждения изделия. Общее время гомогенизации зависит от массы обрабатываемого изделия и может достигать 50-100 часов. Поскольку гомогенизация иногда обуславливает сильный рост зерна, часто после такого отжига применяют полный отжиг или нормализацию стали для измельчения зерна.
Нормализация отличается от полного отжига в основном условиями охлаждения, которое проводят на воздухе с большей скоростью, чем при обычном отжиге. Так же, как и при полном отжиге, в процессе этой обработки происходит перекристаллизация стали и уменьшается её зернистость. Быстрое охлаждение изделия на воздухе сдвигает область перлитного превращения в сторону более низких температур, что приводит к повышению дисперсности ферритно-цементитной структуры, имеющей тип сорбита или троостита. Прочность и твёрдость нормализованной стали на 15-20 % выше соответствующих характеристик отожженной стали. Для низкоуглеродистых сталей нормализацию назначают вместо отжига, чтобы при некотором повышении твёрдости улучшить обрабатываемость резанием и качество обработанной поверхности деталей. Для среднеуглеродистых сталей нормализацию часто используют вместо закалки. Нормализацией в сочетании с высоким отпуском заменяют полный отжиг легированных сталей. Такое сочетание является более экономичным и производительным, чем отжиг.
Рессорно-пружинные легированные стали
Стали, которые характеризуются высокими пределами упругости (текучести) и выносливости в сочетании с достаточной пластичностью и вязкость, образуют группу пружинных сталей. Из них изготавливают упругие элементы общего назначения – пружины, рессоры, амортизаторы и т. п. Для обеспечения специфических эксплуатационных свойств, в стали вводят не менее 0,5 % углерода, а изделия из них подвергают закалке и отпуску на троостит. Предел текучести углеродистых пружинных сталей после термообработки составляет не менее 800 Мпа, легированных – 1000 МПа. Упругие элементы простой формы изготавливают из термически обработанных сталей. Крупные пружины получают навивкой отожженных стальных прутков.
Легированные рессорно-пружинные стали относят к классу перлитных. Предел прочности сталей составляет 500-650 МПа при изгибе и около 300 МПа при кручении. Основными легирующими элементами рессорно-пружинных сталей являются кремний, марганец, хром, ванадий, никель. Легирование обуславливает главным образом повышение прокаливаемости стали, предела выносливости, снижение остаточных напряжений. Кремнистые стали 50С2, 55С2, 60С2, имеющий высокий предел текучести, используют для изготовления рессор автомобилей, торсионных валов, пружин и др. Для высоконагруженных рессор и пружин применяют стали марок 60С2ХА, 60С2ХФА с прокаливаемостью до 50-80 мм. Наиболее высокими механическими свойствами обладают стали марок 70С3А, 60С2ХА, 60С2Н2А, из которых изготавливают нагруженные и ответственные упругие элементы.
Поверхностные дефекты резко снижают долговечность пружин и рессор, поэтому срок их службы повышают поверхностным наклепом, нанесением специальных покрытий или полированием.