ВОПРОС 12

Практика термической обработки стали

В зависимости от назначения и условий работы детали или инструменты подвергают соответствующей термообработке.

Сначала устанавливают марку1 стали, из которой изготовлено изделие, а по марке - концентрацию углерода в пей. В соответствии с концентрацией углерода по диаграмме назначается температурный режим нагрева.

Учитывая принятый вид термообработки и требования, предъявляемые к изделию, подбирают режим охлаждения и характер охлаждающей среды. Если термообработка включает в себя закалку, то назначают соответствующий температурный режим отпуска.

Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры выше критической (А_с3), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.

Температура точки А_с3 для стали 40 составляет 790°С.

Если доэвтектоидную сталь нагреть выше А_с1, но ниже А_с3, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. При нагреве до температуры 760°С (ниже точки А_с3) структура стали 40 – аустенит + феррит, после охлаждения со скоростью выше критической структура стали – мартенсит + феррит.

Рисунок 5 – Фрагмент диаграммы железо-углерод

 

Доэвтектоидные стали для закалки следует нагревать до температуры на 30-50°С выше А_с3.

Температура нагрева стали под закалку, таким образом, составляет 820-840°С. Структура стали 40 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит.

Закалка в одном охладителе - наиболее распространенный и простой способ, состоящий в том, что нагретое изделие погружается в закалочную среду до полного охлаждения.

Закалка в двух охладителях (прерывистая закалка). При этом способе изделие охлаждают сначала в более сильном охладителе, обычно в воде, а затем в менее сильном - в масле или на воздухе. Этот способ позволяет резко охлаждать закаливаемое изделие в интервале температур 600-400° С и медленно во втором интервале.

Сложность способа состоит в том, что трудно определить требуемое время выдержки детали в первом охладителе.

Охлаждение струей воды при закалке. Такой способ закалки обеспечивает более высокую твердость и наибольшую глубину закалки, так как при охлаждении не образуется паровая рубашка.

Ступенчатая закалка состоит в том, что нагретое изделие охлаждают сначала б расплавленной соли, а затем на воздухе.

Детали, предназначенные для работы в условиях переменных нагрузок и при значительном трении, должны иметь твердую, износостойкую поверхность и мягкую, вязкую сердцевину. Такое распределение свойств можно получить при закалке поверхностных слоев деталей на глубину 0,1-2,0 мм. Сущность поверхностной закалки заключается в нагреве поверхностных слоев деталей и последующем быстром охлаждении. В результате поверхностные слои будут полностью закалены, последующие слои - не полностью, а сердцевина совсем не закалится.

Существует несколько способов нагрева изделий под закалку: ацетилено-кислородным пламенем, в электролитах, током промышленной и высокой частоты.

Наибольшее распространение получила поверхностная закалка токами высокой частоты. Сущность этого метода состоит в следующем: ток высокой частоты (5000-10 000 Гц), полученный от машинного или лампового генератора, через трансформатор поступает в индуктор (вторичную обмотку трансформатора), окружающий изделие.

В результате в изделии индуктируются токи, которые неравномерно распределяются по сечению изделия. У поверхности изделия ток имеет наибольшую плотность, следовательно, поверхностные слон нагреваются быстрее и сильнее, чем следующие. На нагретую поверхность детали подается охлаждающая жидкость- вода или эмульсия.

Глубина закаленного слоя зависит от частоты тока и продолжительности нагрева. Продолжительность нагрева зависит от размеров обрабатываемого изделия и колеблется от долей секунды до 5-6 с.

Основными преимуществами этого способа закалки являются: большая производительность, возможность автоматизации процесса, более высокие механические свойства (предел текучести и сопротивление удару), незначительное коробление деталей, отсутствие окалины.

Закалочные среды. Для охлаждения изделий при закалке с различной скоростью применяют следующие закалочные среды: воду, масло (минеральное), эмульсии, расплавленные соли. Эти жидкости обеспечивают различную скорость охлаждения. Эффективность закалки зависит от скорости охлаждения в двух интервалах температур: в интервале 600°-400° С, в интервале 300-200° С.

Таким образом, целесообразно применение той закалочной среды, которая при температуре 600° С охлаждает быстро, а при температуре 300° С - медленно.

Охлаждающая способность воды в первом интервале температур резко изменяется в зависимости от ее температуры и почти не изменяется во втором интервале, оставаясь высокой. Масло по сравнению с водой обладает меньшей охлаждающей способностью как в первом интервале температур, так и во втором.