Термическая обработка чугуна

Основными видами термической обработки чугунов являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Процесс графитизации чугуна также является одним из видов его термической обра­ботки (отжиг белого чугуна), позволяющим получать ковкий чугун.

При термической обработке чугуна протекают те же основ­ные превращения, что и в стали, однако они значительно услож­няются тем, что на основные процессы превращения наклады­вается процесс графитизации, который оказывает влияние на структуру и свойства чугуна.

Отжиг чугуна— процесс, применяемый для снятия внутренних напряжений в отливках сложной формы, которые возни­кают в результате неравномерного охлаждения. Значительную часть этих напряжений можно снять при естественном старении серого чугуна, т. е. при выдержке отливок на воздухе в течение длительного времени (б...15 мес). При естественном старении снимаются внутренние напряжения и стабилизируются размеры отливок, после чего их можно подвергать чистовой обработке резанием. Для ускорения процесса старения чугунные отливки подвергают отжигу — медленно нагревают, в печах непрерывного действия до 500-550^оС в течение 6-8 часов со скоростью 75-150 ^оС / ч ( в зависимости от состава чугуна, формы и размеров отливок), затем после определённой выдержки ( обычно 2-5 ч.) отливки медленно охлаждают, чтобы предотвратить возникновение температурных напряжений. Охлаждение ведут со скоростью 30.. .60 °С/ч до 200 °С. Дальнейшее охлаждение отливок ведут на воздухе.

Отжиг для понижения твёрдости и высокотемпературный графитизирующий отжиг применяют для снятия отбеленной корки в отливках из серого и магниевого чугунов и улучшения их обрабатываемости резанием. Изделия нагревают в камерных печах до 850.. .900 °С с выдержкой в течение 1...2 ч, что обеспечивает полный распад первичного структурно свободного це­ментита (первая стадия графитизации) и частичную графити-зацию цементита эвтектики. Для сокращения длительности от­жига иногда повышают температуру нагрева до 1050...1150 °С; при этом отливки нагревают в соляных печах-ваннах в течение нескольких минут.

При высокотемпературном отжиге происходит графитизация структурно свободного цементита отбелённой корки серого чугуна, т. е. он распадается на феррит и графит. В результате повышается пластичность чугуна , уменьшается его твердость и улачшается обработка резанием.

Нормализация чугуна—нагрев отливок в камерных печах до 850.. .950 °С выдержка при этой температуре в течение 1...2 ч и последующее охлаждение на воздухе. При нагреве и вы­держке часть графита растворяется и вследствие ускоренного охлаждения на воздухе увеличивается количество связанного углерода, в результате чего структура чугуна состоит из пер­лита и графита. Это улучшает механические свойства и осо­бенно износостойкость чугуна. Нормализации подвергают серые ферритные и ферритоперлитые чугуны.

Закалка чугуна — процесс, производимый в той же последо­вательности, что и закалка стали. Отливки или механически обработанные детали из серого чугуна нагревают до 840-900 °С, выдерживают и охлаждают в масле. В результате полу­чается структура мартенсита с включениями графита. В зави­симости от скорости охлаждения можно получить структуру троостита или сорбита закалки. Весьма эффективна изотермическая закалка Серoго чугуна, позволяющая повысить его прочность и износостойкость. После закалки проводят низкотемпе­ратурный отпуск.

Отпуск чугуна — процесс, применяемый после закалки для снятия термических напряжений и повышения временного сопротивления. Применяют низкий отпуск при 180...250 °С и высокий при 300.. .600 °С.

При низком отпуске протекает первое основное превращёние, благодаря чему снимаются внутренние напряжения при сохранении высокой твёрдости и износостойкости чугуна. Структура после низкого отпуска — отпущенный мартенсит.

При высоком отпуске чугуна протекают второе, третье и четвёртое основные превращения, которые вызывают полное

снятие внутренних напряжений, распад мартенсита на трооститно-сорбитную структуру. Это снижает твёрдость чугуна, но прочность при растяжении повышается. При отпуске охлажде­ние производят на воздухе.

Контрольные вопросы

1. Основные виды термической обработки стали, их характеристика.

2. В чем сущность превращений,, протекающих в стали при нагреве?

3. Охарактеризуйте превращение аустенита при охлаждении стали и

стадии этих превращений.

4. Охарактеризуйте превращения при нагреве закаленной стали.

5. Назовите виды отжига, области их применения.

6. Назовите виды закалки, области ее применения. До какой темпера­туры нужно нагреть сталь перед закалкой, содержащей 0,45 % С? Какие при

этом протекают превращения?

7. Охарактеризуйте процесс термомеханической обработки (ТМО) стали

и виды этого процесса, области применения.