Практические вопросы термической обработки стали - раздел Высокие технологии, Онищенко В.И. Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Ч 1 и 2. – Волгоград.: Изд. Волгогр. Гос. С.-х. акад – 2006. – 272 с Закалка Стали Состоит В Нагреве До Температуры Аустенитизации, Выдержке При Э...
Закалка стали состоит в нагреве до температуры аустенитизации, выдержке при этой температуре и охлаждении со скоростью не менее критической скорости закалки.
Температуру нагрева под закалку выбирают в соответствии с критическими точками данной марки стали. Для нелегированных сталей температуру нагрева можно в первом приближении определить по диаграмме состояния Fe-Fe3C.
Для доэвтектоидных сталей оптимальная температура закалоч-ного нагрева равна tз=: Ас3 + 30…50°. Таким образом, сталь должна быть полностью аустенитизирована. Если при нагреве в структуре стали останется некоторое количество феррита, то в результате закалки получится структура мартенсит и феррит. Присутствие феррита в структуре закаленной стали снижает её твердость и является дефектом термической обработки, который называется недогрев.
Для заэвтектоидной стали, напротив, оптимальным является нагрев под закалку в межкритическом интервале температур Ас3- Ас1, а именно: tз= Ас1+ 30…50°. Для высокоуглеродистых сталей выполняют, так называемую, неполную закалку, в результате которой стараются получить структуру мартенсита с глобулярными включениями цементита. Такая структура соответствует принципу Шарпи и обладает высокой износостойкостью. Полная аустенитизация сталей с высоким содержанием углерода снижает твердость и износостойкость закаленных изделий вследствие роста действительного зерна аустенита и образования крупноигольчатого мартенсита с большим количеством остаточного аустенита.
Время нагрева под закалку включает продолжительность собственно прогрева изделия до заданной температуры, а также изотермическую выдержку для выравнивания состава аустенита по всему сечению металла: tз=tн+tв.
Время нагрева (tн) зависит от нагревательной способности среды, от размеров и формы деталей, от способа укладки деталей в печи. Время выдержки (tв) определяется скоростью фазовых превращений, степенью перегрева и дисперсностью исходной структуры. Для крупных деталей tн>>tв.
В технической литературе существует множество справочных данных для назначения времени нагрева, приблизительно этот технологический параметр можно рассчитать по формуле:
,
где D – характеристический размер (минимальный размер максимального сечения), например для пластины это толщина сечения, мм;
К1 – коэффициент нагревающей среды: для газа он равен 2, для расплава солей – 1, для расплава металла – 0,5;
К2 – коэффициент формы детали: для шара он равен 1, для цилиндра – 2, для параллелепипеда – 2,5; для пластины – 4;
К3 – коэффициент равномерности нагрева: в случае всестороннего нагрева он равен 1, для одностороннего – 4.
Приведенные значения этих эмпирических коэффициентов справедливы для расчета времени нагрева до температур 800…900 °С. Время прогрева детали до более высоких температур будет меньше расчетного, а до более низких температур прогрев будет идти медленнее.
Атмосфера нагревательной печи может взаимодействовать с материалом деталей, вызывая, во-первых, обезуглероживание её поверхностных слоев по реакции: [С] + О2 ® СО2, во-вторых окисление стали: 2[Fe] + O2 ® 2[FeO].
Интенсивность окисления и обезуглероживания усиливается с повышением температуры, увеличением времени нагрева и окислительной способности печной атмосферы, а также она зависит от состава стали.
Для безокислительного (светлого) нагрева применяют контролируемые печные атмосферы, газовую смесь для которых приготавливают в специальных устройствах или непосредственно на входе в печное пространство.
Для безокислительного нагрева применяют также нагрев в расплавленных солях и металлах. Составы некоторых соляных ванн для нагрева под разные виды термической обработки приведены в таблице 2.
Таблица 2. Составы и характеристики соляных ванн для термической обработки сталей и сплавов.
Состав соляной ванны
Температура плавления соляной смеси, tпл, °С
Рабочая температура соляной ванны, °С
Область применения
BaCl2
1000-1300
Нагрев под закалку быстро-режущих и нержавеющих сталей
78% BaCl2 + 22%NaCl
750-900
Нагрев под закалку угле-родистых и низколегирован-ных сталей
NaNO3
400-550
Отпуск, охлаждение при ступенчатой закалке
50%NaNO3 + 50%KNO3
300-400
Охлаждение при закалке сталей производят в различных закалочных средах с разной охлаждающей способностью. Правильно выбранная закалочная среда, с одной стороны, должна обеспечить на заданном расстоянии от поверхности скорость охлаждения не менее критической скорости закалки для данной марки стали. С другой стороны, в интервале температур затрудненной пластической деформации, где термические и фазовые напряжения не могут релаксировать и возникает опасность закалочных трещин, интенсивность охлаждения должна снижаться. Таким образом, оптимальная кривая охлаждения должна выглядеть следующим образом:
Вокруг нагретой детали при погружении её в закалочную жидкость образуется паровой слой, начинается стадия пленочного кипения жидкости. Паровая рубашка затрудняет теплоотвод от поверхности детали и снижает интенсивность её охлаждения. По мере снижения температуры детали характер кипения окружающей её закалочной жидкости сменяется жидкости на пузырчатое кипение. Паровая рубашка вокруг детали разрывается, у её поверхности происходит активное перемешивание жидкости, и как следствие, интенсивность охлаждения резко увеличивается. Когда температура детали снижается ниже точки кипения жидкости, наступает следующий этап конвективного теплоотвода, характеризующийся малой интенсивностью охлаждения. Закалочные среды характеризуются разной интенсивностью охлаждения, и пузырьковое кипение у них развивается в разных температурных интервалах. Характеристики основных закалочных сред приведены в таблице.
Таблица 3. Характеристики закалочных сред
Закалочная среда
Температурный интервал пузырькового кипения, °С
Относительная интенсивность охлаждения в интервале пузырькового кипения
Вода, 20 °С
400-100
Горячая вода, 80 °С
250-100
0,2
1%-й водный раствор NaCl
500-100
1,5
10 %-й водный раствор NaCl
600-100
3,0
Минеральное масло, 20…200°С
500-250
0,3
Из данных, приведенных в таблице, видно, что достаточно высокая охлаждающая способность воды может быть в несколько раз увеличена путем растворения в ней соли или также значительно снижена при подогреве. При этом подсаливание воды значительно расширяет температурный интервал пузырькового кипения в сторону повышенных температур, обеспечивая критическую скорость закалки для большинства сталей. Но нижняя температурная граница этой интенсивной стадии кипения и в чистой, и в соленой, и даже в подогретой воде не поднимается выше 100°С, что вызывает опасность образования закалочных трещин, особенно в деталях сложной геометрии из легированных сталей с высоким содержанием углерода.
Для закалки таких изделий используют минеральное масло, которое имеет оптимальный интервал пузырькового кипения и обеспечивает скорость охлаждения выше критической, не вызывая коробления деталей и образования трещин.
Для обеспечения качественной закалки деталей сложной формы используют различные способы, различающиеся схемами охлаждения, рис. 36.
1- закалка в одной охлаждающей среде (для деталей сечением >2…5 мм из углеродистых сталей – вода; при меньшем сечении и для деталей из легированных сталей – масло);
2 – прерывистая закалка поочередно в двух средах, например до температуры »300…350°С охлаж-дение в воде, затем - в масле. Такой способ закалки снижает уровень закалочных напряжений и опасность трещинообразования;
3- ступенчатая закалка, при которой деталь помещают в соляную ванну с температурой на 30…50°С, где она быстро охлаждается до температуры ванны во всех точках своего сечения, затем охлаждение в любой среде с низкой интенсивностью теплоотвода, например, на воздухе, во время которого происходит мартенситное превращение переохлажденного аустенита;
4 – изотермическая закалка, нагретая деталь помещается в соляную ванну с температурой 250…350°С, где выдерживается до полного превращения аустенита в верхний или нижний бейнит. Твердость стали после изотермической закалки на бейнит несколько ниже, чем у стали с мартенситной структурой, выше ударная вязкость, что повышает эксплуатационные свойства изделия.
Г П Фетисов М Г Карпман В М Гаврилюк и др Материаловедение и технология материалов М Высшая школа... Сильман Г И Материаловедение М Издательский центр Академия... Арзамасов Материаловедение...
Лекция 1
Предмет материаловедения. Взаимосвязь структуры и свойств материалов.
Материаловедение – это наука, изучающая связь между составом, строением и свойствами материалов, закономерности их изм
Взаимосвязь структуры и свойств материалов
Свойства материала определяются его структурой, которая по степени локальности может быть разделена на следующие ступени:
- макроструктура, составляющие которой различаются невооруженным г
Диаграмма с идеальной эвтектикой
В диаграммах с эвтектикой линии ликвидуса и солидуса касаются друг друга в точке С, то есть существует такой сплав, который кристаллизуется не в интервале температур, а при постоянной температуре Т
Механические и специальные свойства материалов
Свойство – это качественная или количественная характеристика материала, определяющая общность или отличие его от других материалов и служащая основой выбора материала для использования его в конкр
Железоуглеродистых сплавов
При смешении железа и углерода образуются следующие фазы:
- жидкий и твердые растворы углерода в железе, а также такие твердые фазы как, химическое соединение карбид железа Fe3C
Лекция 6. Основы термической обработки сталей и сплавов.
Стали, двухфазные алюминиевые бронзы, сплавы на основе титана претерпевают эвтектоидное превращение. Теоретической основой термической обработки таких сплавов являются следующие превращения при наг
Превращения в стали при нагреве
Таким образом при нагреве стали выше Ас1 происходит превращение обратное эвтектоидному:
П®А, или (a+Fe3C)®g.
В интервале температур Ас1 - Ас3
Превращения аустенита при охлаждении
При охлаждении ниже критической точки Аr3 в интервале Аr3-Аr1 из аустенита начинают выделяться в доэвтектоидных сталях избыточный ф
Превращения при отпуске закаленной стали
После закалки сталь имеет структуру тетрагонального мартенсита и остаточного аустенита. Свежезакаленное состояние стали характеризуется крайней нестабильностью структуры и свойств, высокими остаточ
Изменение свойств стали при термической обработке
Закаленная сталь, имеет структуру тетрагонального мартенсита и остаточного аустенита и характеризуется высокой твердостью, зависящей от содержания углерода.
Поверхностное упрочнение стальных изделий
Если наряду с работой в условиях сложного напряженного состояния, деталь подвергается интенсивному износу, применяют поверхностное упрочнение: используют поверхностную закалку, чаще всего с нагрева
Лекция 8. Конструкционные и специальные стали и сплавы
Конструкционными называют стали, предназначенные для изготовления деталей машин или механизмов и строительных конструкций. Они могут быть углеродистыми или легированными.
Углеродистые стал
Специальные стали и сплавы.
Инструментальная сталь.Инструменты можно условно разделить на измерительные, штамповые и режущие, условия работы этих групп инструментов существенно разнятся, соответственно и треб
Коррозионностойкие (нержавеющие) и кислотостойкие стали и сплавы
Углеродистые и низколегированные стали под действием воды, воздуха и других сред могут подвергаться поверхностному разрушению – коррозии. В результате коррозии ежегодно теряется около 10% общего ко
Износостойкие стали и сплавы
Механизм износа разнообразен и зависит от условий изнашивания, но в общем виде он заключается в удалении ( вырывании) частиц металла с поверхности под действием внешних сил трения.
К износ
Титан и его сплавы
Титан существует в двух модификациях: ниже 883°C устойчива гексагональная a-модификация, плотность 4,505 кг/дм3; выше 883°C устойчива b-модификация с кубической объемно-центрированной решеткой и пл
Медь и её сплавы.
Кристаллическая решетка металлической меди кубическая гранецентрированная, плотность 8,92 г/см3, температура плавления 1083,4°C. Медь среди всех других металлов обладает одной из самых высоких тепл
Алюминий и его сплавы
По масштабам применения алюминий и его сплавы занимают второе место после железа и его сплавов. Широкое применение алюминия в различных областях техники и быта связано с совокупностью его физически
Сплавы на основе никеля
Никелевые сплавы применяются в основном как жаропрочные и коррозионностойкие материалы.
Чистый никель имеет низкий предел длительной прочности (
Лекция 14.
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Классификация веществ по электрическим свойствам в соответствии с зонной теорией
Все вещества в зависимости от их электрических свойств относят к диэл
Материалы высокой проводимости
Проводниковые материалы, кроме высокой электрической проводимости, должны иметь достаточную прочность, пластичность, коррозионную стойкость в атмосферных условиях и в некоторых случаях высокую изно
Сплавы с высоким электросопротивлением
Сплавы для нагревательных элементов печей
Сплавы для электронагревательных элементов печей являются жаростойкими проводниковыми материалами на основе никеля, хрома, железа и некоторых друг
Сверхпроводники и криопроводники
Особую группу материалов высокой электрической проводимости представляют сверхпроводники. Наличие у вещества практически бесконечной удельной проводимости было названо сверхпроводимостью
Полупроводниковые материалы
Полупроводники представляют собой материалы, которые по удельной электропроводности занимают промежуточное положение между проводниками (металлами) и диэлектриками. При незначительных внешних возде
Полупроводниковые материалы
Полупроводники представляют собой материалы, которые по удельной электропроводности занимают промежуточное положение между проводниками (металлами) и диэлектриками. При незначительных внешних возде
Электропроводность полупроводников
Появление электрического тока в полупроводнике возможно лишь тогда, когда часть электронов покидает заполненную валентную зону и переходит в зону проводимости, где они становятся носителями электри
Полупроводниковые химические соединения и материалы на их основе
Помимо элементов (Ge, Si), обладающих свойствами полупроводников, широкое применение в электротехнике получили полупроводниковые соединения - карбид кремния SiC, арсенид галлия GaAs, антимонид инди
Диэлектрические материалы
Назначение и классификация диэлектриков
Термины «электроизоляционный материал» и «диэлектрический материал» не совсем равнозначны. К основным электрическим свойствам диэлектриков наряду с
Газообразные диэлектрики
Электрическая прочность, характеризуемая напряжённостью однородного электрического поля, при которой происходит резкое, скачкообразное увеличение электрической проводимости (пр
Жидкие диэлектрики
В качестве диэлектриков применяют различные по химической природе и горючести жидкости – минеральные и растительные масла, а также синтетические жидкие вещества.
Синтетические жидкие диэлектрики
Ранее широко применялись синтетические жидкости на основе хлорированных углеводородов, обладающих высокой термоокислительной и электрической стабильностью
Контактные материалы
В качестве контактных материалов для разрывных контактов, помимо чистых тугоплавких металлов (Сг, W), применяются различные сплавы и металлокерамические композиции на основе порошков серебра и окис
Магнитные материалы
Магнитная восприимчивость - величина, характеризующая способность вещества намагничиваться в магнитном поле. Вектор намагниченности М, т.е. магнитный момент единицы объема веще
Магнитомягкие материалы
Помимо малой коэрцитивной силы (Нс<4кА/м) магнитомягкие материалы должны обладать высокой магнитной проницаемости и большой индукцией насыщения, чтобы пропускать максимальный м
Сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения
В приборостроении в ряде случаев требуются сплавы с самыми разнообразными свойствами, например, сплавы с коэффициентом линейного расширения, равным коэффициенту линейного расширения стекла, или с к
Сварочное производство
Сварка— высокопроизводительный и универсальный технологический процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при и
Электроды для дуговой сварки и наплавки
При ручной дуговой сварке плавлением применяют неплавящиеся и плавящиеся электроды и некоторые другие вспомогательные материалы.
Неплавящиеся электроды предназн
Режимы ручной дуговой сварки плавящимся электродом
Под режимом сварки понимают совокупность условий протекания процесса сварки, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, формы и качества. При ручной
Виды и характеристика стружки
При обработке заготовок резанием образуется сливная стружка, стружка скалывания или надлома. При обработке пластичных материалов образуется сливная стружка в виде спл
Тепловыделение и износ инструмента
Сила резания — это сила сопротивления перемещению режущего инструмента относительно обрабатываемой заготовки. Результатом сопротивления металла заготовки процессу резания является возникновение реа
Инструментальные материалы
Основными требованиями к инструментальным материалам являются высокая твердость и теплостойкость, т.е. способность сохранять высокую твердость до высоких температур, развивающихся в зоне резания.
Группа 0 — резервная
- группа 1 — токарные станки имеют типы
- - 0 — специализированные автоматы и полуавтоматы;
- - 1 — одношпиндельные автоматы и полуавтоматы;
Лезвийная обработка деталей машин
В лезвийной обработке (в зависимости от вида и направления движений резания, вида обработанной поверхности) можно выделить следующие технологические методы: точение, строгание, долбление, протягива
Отделочная обработка деталей машин
Отделочная обработка, т.е. финишные операции при изготовлении деталей позволяют получить обработанную поверхность с размерной точностью, соответствующей 4 —5-му квалитету и шероховатости Rz
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Для доэвтектоидных сталей оптимальная температура закалоч-ного нагрева равна tз=: Ас3 + 30…50°. Таким образом, сталь должна быть полностью аустенитизирована. Если при нагреве в структуре стали останется некоторое количество феррита, то в результате закалки получится структура мартенсит и феррит. Присутствие феррита в структуре закаленной стали снижает её твердость и является дефектом термической обработки, который называется недогрев.
,
Охлаждение при закалке сталей производят в различных закалочных средах с разной охлаждающей способностью. Правильно выбранная закалочная среда, с одной стороны, должна обеспечить на заданном расстоянии от поверхности скорость охлаждения не менее критической скорости закалки для данной марки стали. С другой стороны, в интервале температур затрудненной пластической деформации, где термические и фазовые напряжения не могут релаксировать и возникает опасность закалочных трещин, интенсивность охлаждения должна снижаться. Таким образом, оптимальная кривая охлаждения должна выглядеть следующим образом:
1- закалка в одной охлаждающей среде (для деталей сечением >2…5 мм из углеродистых сталей – вода; при меньшем сечении и для деталей из легированных сталей – масло);
Новости и инфо для студентов