Реферат Курсовая Конспект
Отпуск. Виды отпуска. - раздел Машиностроение, Ознакомление со способами получения, составом и свойствами неметаллических конструкционных материалов, применяемых в машиностроении 1. Процесс Закалки Стали Заключается В Ее Нагреве До Определ...
|
1. Процесс закалки стали заключается в ее нагреве до определенной температуры (на 30...50° выше линии GSK по диаграмме Fe – Fe3C), выдержке и последующем быстром охлаждении в воде, масле, расплавленных солях или других средах.
В результате закалки углеродистых и большинства специальных конструкционных сталей их твердость и механические свойства значительно возрастают. Некоторые сорта высоколегированных сталей (например, коррозионно-стойких) после закалки приобретают более высокую пластичность и меньшую твердость.
Изменение свойств стали при закалке связано с образованием неравновесных структур (мартенсит, троостит, сорбит). Закалка основана на фазовых превращениях при нагреве и охлаждении. Применение различных охлаждающих сред позволяет изменять скорость охлаждения и получать нужную структуру.
Скорость охлаждения, при которой в структуре стали фиксируется образование чистого мартенсита, называют критической скоростью закалки – это важнейшая характеристика стали, определяющая забор закалочных сред и глубину прокаливаемости. Критическая скорость зависит от температуры нагрева стали перед закалкой, ее состава, размеров зерен и других факторов.
2. Температура нагрева стали для закалки зависит от содержания в ней углерода и определяется положением критических точек по диаграмме железоуглеродистых сплавов.
При закалке доэвтектоидные стали, имеющие в равновесном состоянии структуру феррит + перлит, нагревают до температуры выше точки Ас3 (выше линии GS) для получения аустенита. После выдержки при данной температуре сталь охлаждают с критической скоростью для получения структуры мартенсита.
Непременным условием при выборе правильной температуры нагрева доэвтектоидных сталей при закалке является образование однородного твердого раствора – аустенита, так как при последующем быстром охлаждении совершается почти полное превращение аустенита в мартенсит. Поэтому доэвтектоидные стали надо нагревать примерно на 30...50° выше критической точки Ас3 (линия GS). При этом условии обеспечивается полный переход исходной структуры (перлита и феррита) доэвтектоидной стали в аустенит. Оптимальные температуры нагрева данных сталей:
tзак = Ас3 + 30...50°.
Закалка доэвтектоидной стали с нагревом до температуры, лежащей в интервале Ас1 ... Асm (между линиями PS и GS), называют неполной закалкой. При такой закалке не достигается требуемая твердость стали из-за имеющихся в структуре мартенсита ферритных участков.
Заэвтектоидные стали, имеющие структуру перлит + цементит, следует нагревать под закалку выше Aсl (линия SK) на 30...50°. При указанной температуре перлит перейдет в аустенит, в то время как цементит почти полностью сохранится, и при быстром охлаждении стали ее структура будет состоять из мартенсита и избыточного цементита. Присутствие в закаленной стали включений цементита не снижает ее твердости и способствует повышению износостойкости. Важно только, чтобы избыточный цементит в структуре закаленной стали находился не в виде зернистого (сфероидизированного) цементита, что достигается предварительной термической обработкой до закалки.
3. Наиболее распространенные закалочные среды – вода, различные масла, водные растворы солей, иногда расплавленные металлы и соли. Для специальных сталей, у которых критическая скорость закалки очень мала, в качестве закаливающей среды используют воздух.
Желательно, чтобы закалочная среда быстро охлаждала в интервале температур малой устойчивости аустенита (600...550°С), медленно – в интервале мартенситного превращения (300...200°С), чтобы уменьшить деформации и напряжения.
Вода создает весьма энергичное охлаждение в двух температурных интервалах, и это является ее недостатком, так как быстрое охлаждение в мартенситном интервале способствует значительной деформации и образованию закалочных трещин.
Масла имеют скорость охлаждения в интервале мартенситного превращения в 10 раз меньшую, чем вода, что уменьшает возможность возникновения дефектов при закалке.
Выбор закаливающей среды в практике термообработки зависит от химического состава стали, конфигурации изделий и необходимости получения тех или иных структур и механических свойств.
При закалке стали глубина проникновения мартенситной или троосто-мартенситной структуры бывает неодинаковой. Под прокаливаемостью стали следует понимать степень проникновения закалки во внутренние слои изделия, то есть толщину слоя высокой твердости, имеющего структуру мартенсита. Прокаливаемость – одна из важных характеристик стали, которая обуславливает ее механические свойства после закалки. Прокаливаемость зависит от многих факторов: размера зерна, состава стали, скорости охлаждения, температуры нагрева и других. Прокаливаемость стали определяют по виду излома, по распределению твердости от края к сердцевине после закалки, торцевым методом и др.
4. В зависимости от состава стали, конфигурации изделия и технических требований, предъявляемых к изделию, в практике термической обработки применяют ряд способов закалки.
Закалка в одном охладителе – самая распространенная для углеродистых и легированных сталей. Нагретое до температуры закалки изделие погружают в охлаждающую среду до полного охлаждения. Изделия из углеродистых сталей охлаждают в большинстве случаев в воде, а из легированных сталей – в масле. Этот способ прост, но может вызвать значительные внутренние напряжения.
Прерывистая закалка (закалка в двух средах) применяется для предупреждения появления внутренних напряжений в изделии. Этот способ используют преимущественно при закалке крупных изделий из конструкционной углеродистой и низколегированной стали. Надетое до нужной температуры изделие сначала резко охлаждают в воде до 300...200°С, затем переносят в масло или на воздух, где оно медленно охлаждается в мартенситном интервале. Недостаток прерывистой закалки связан с трудностью регулирования времени выдержки.
Ступенчатая закалка характеризуется тем, что нагретое изделие охлаждают, погружая в соляную ванну, температура которой превышает температуру начала мартенситного превращения данной стали. Затем изделие выдерживают в ванне для выравнивания температура по всему его объему и охлаждают на воздухе до нормальной температуры, что снижает внутренние напряжения. Ступенчатую закалку целесообразно применять для тонких стальных изделий из углеродистой стали.
Закалка с самоотпуском (закалка по цветам побежалости) заключается в том, что изделие охлаждают от температуры закалки в охлаждающей среде только в течение времени, которое необходимо для его прокаливания на определенную глубину. Дальнейшее охлаждение идет на воздухе. При этом осуществляется отпуск за счет теплоотдачи из внутренних слоев изделия. Данный способ применяют для закалки ударного инструмента (зубила, кузнечный инструмент и др.).
Поверхностная закалка применяется для увеличения износостойкости различных деталей, воспринимающих ударную нагрузку (зубчатые колеса, валы и др.). Технология поверхностной закалки включает нагрев поверхностного слоя изделия до температуры закалки и охлаждение для получения мартенситной структуры в поверхностном слое при сохранении вязкой сердцевины.
Различают следующие виды нагрева при поверхностной закалке: нагрев пламенем газовой горелки, контактный электронагрев, нагрев токами высокой частоты и нагрев в электролите. Наибольшее распространение в промышленности получил способ поверхностной закалки токами высокой частоты (ТВЧ), а при ремонте – закалка с нагревом пламенем газовой горелки.
5. Отпуск – это нагрев закаленной стали до температуры ниже критической Ас1 , выдержка при этой температуре и последующее охлаждение (обычно на воздухе).
Цель отпуска – повышение вязкости закаленной стали при сохранении достаточно высокого предела прочности, уменьшение внутренних напряжений после закалки и получение более устойчивых (стабильных) структур. Отпуску подвергают закаленные стали со структурой тетрагонального мартенсита и остаточного аустенита. Обе структуры неустойчивы и склонны при нагреве превращаться в более устойчивое состояние с изменением объема. При температуре 100...200°С тетрагональный мартенсит образует структуру кубического мартенсита (мартенсит отпуска). При температуре 200...300°С остаточный аустенит превращается в мартенсит отпуска. Нагрев стали выше 350°С ведет к распаду мартенсита в феррито – цементитную смесь.
В зависимости от температуры нагрева закаленной стали различают следующие виды отпуска: низкий, средний, высокий.
Низкий отпуск – нагрев закаленной стали до 250°С для снижения внутренних напряжений при сохранении высокой твердости. Такой отпуск применяют главным образом для инструментов и изделий, которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью, в том числе для цементованных изделий.
Средний отпуск – нагрев закаленной стали в интервале температур 350...450°С, который приводит к понижению твердости и повышению вязкости стали по сравнению с низким отпуском. Кроме того, происходит образование более устойчивой микроструктуры троостита и троостосорбита. Средний отпуск применяют для пружин, штампов, рессор, ударного инструмента и др.
Высокий отпуск – нагрев закаленной стали в интервале температур 450...650°С, который способствует получению наибольшей вязкости при сохранении достаточно высокой прочности. В результате данного отпуска твердость закаленной стали сильно снижается и образуется структура сорбит. На практике широко применяют закалку деталей машин на мартенсит с последующим высоким отпуском на сорбит. Этот процесс называют улучшением. Сорбит отпуска с зернистой формой цементита имеет более высокие показатели прочности и вязкости, чем сорбит закалки с пластинчатой формой цементита.
Обработка холодом– отпуск при температуре ниже нуля. Заключается в обработке закаленных изделий холодом при температурах порядка –80°С и ниже. Обработка холодом основана на том, что остаточный аустенит, находящийся в структуре закаленной стали при низких температурах (порядка –80°С и ниже), распадается в результате возникновения внутренних напряжений. Данный метод повышает твердость режущего инструмента, стабилизирует размеры измерительных инструментов и др. В промышленности применяют специальные установки, в которых охладителями служат жидкий кислород (–183 °С), жидкий азот (–195 °С), смесь из твердой углекислоты (сухой лед) с денатурированным спиртом (–78,5 °С).
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Вопросы... Цели и задачи дисциплины Материаловедение и технология материалов... Связь дисциплины Материаловедение и технология материалов с другими дисциплинами...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Отпуск. Виды отпуска.
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов