Организационно-правовые формы автотранспортных предприятий

Снижение температуры  изотермического распада аустенита  приводит к увеличению дисперсности феррито-цементитных частиц и к  повышению вследствие этого твердости. Следовательно, перлит, т.е. продукт превращения аустенита при 650-700°С, имеет меньшую твердость, чем сорбит, получающийся в результате распада аустенита при 600-650°С, и т.д.

Отпуск - заключительная операция термической обработки, придающая  стальному изделию окончательные свойства, поэтому свойства отпущенных сталей рассмотрим подробнее.

Изменение твердости  при отпуске является следствием изменений в строении, происходящих при отпуске. Нагрев до 100°С сопровождается слабым повышением твердости (на 1-2 HRC) вследствие превращения тетрагонального мартенсита в отпущенный (это слабое повышение твердости наблюдается лишь в высокоуглеродистых сталях). С дальнейшим повышением температуры отпуска твердость падает, вследствие укрупнения карбидных частиц и обеднения углеродом твердого раствора. Прямолинейная зависимость падения твердости от температуры нарушается в районе 200-250°С, т.е. при превращении остаточного аустенита. При этих температурах падение твердости замедляется, а в высокоуглеродистых сталях наблюдается даже некоторое повышение вследствие превращения остаточного аустенита в более твердый отпущенный мартенсит.

Общая тенденция состоит  в том, что твердость с повышением температуры отпуска падает, так же как и другие показатели прочности, тогда как показатели пластичности возрастают. Однако изменение этих свойств с повышением температуры отпуска не монотонно.

Отпуск при 300°С приводит к повышению предела прочности  и предела упругости. Эти характеристики вследствие напряженного состояния  стали в закаленном состоянии или при отпуске при низкой температуре получаются пониженными.

Показатели пластичности увеличиваются с повышением температуры  отпуска. Наибольшая пластичность соответствует отпуску при 600-650°С, когда весь комплекс механических свойств выше, чем у отожженной стали. Отпуск выше 650 °С уже не повышает пластичность.

Более высокие механические свойства закаленной и высокоотпущенной стали по сравнению с отожженной или нормализованной объясняются  различным строением сорбита (перлита) отпуска и сорбита закалки, имеющих, зернистое строение. Двойная термическая обработка, состоящая в закалке с последующим высоким отпуском, существенно улучшающая общий комплекс механических свойств, является основным видом термической обработки конструкционных сталей и называется улучшением (термическим улучшением).

Ударная вязкость стали  в зависимости от температуры  отпуска .изменяется следующим образом. У закаленной углеродистой стали  при обычном испытании на ударный изгиб вязкость сохраняется низкой вплоть до температуры отпуска 400 °С, после чего начинается интенсивное повышение ударной вязкости; максимум ее достигается при 600 °С. В некоторых сталях (легированных) отпуск примерно при 300 °С снижает ударную вязкость, которая повышается лишь при отпуске выше 450-500 °С.

 

8.7. Термомеханическая обработка

 

Термомеханическая (термопластическая) обработка заключается в совмещении двух способов упрочнения - пластической деформации и фазовых изменений.

Применительно к стали  термомеханическая обработка (ТМО) заключается в наклепе аустенйта с последующим его превращением.

Наиболее распространенными  видами ТМО являются:

высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО), которая состоит из деформирования аустенйта выше температуры рекристаллизации и быстрого охлаждения;

низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО), которая состоит из деформирования нестабильного аустенйта переохлажденного ниже критических точек с последующим охлаждением и фазовым превращением.

Имеется еще много  других вариантов ТМО, различающихся  условиями нагрева или охлаждения, характером деформации и другими деталями, описывать которые здесь не представляется возможным.

Объединяет все варианты ТМО то, что аустенит в результате пластической деформации претерпевает изменения, которые в какой-то степени  передаются мартенситу.

В результате сталь упрочняется, как за счет мартенситной реакции, но и дополнительное упрочнение вносят дефекты строения, унаследованные мартенситом от деформированного аустенйта.

9. ПРАКТИКА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ  СТАЛИ

 

9.1. Выбор температуры закалки

 

Температура закалки  для сталей большинства марок  определяется положением критических точек А₁ и А₃.

Для углеродистых сталей температуру закалки можно определить по диаграмме железо-углерод. Обычно для доэвтектоидной стали она должна быть на 30-50°С выше А_С3, а для заэвтектоидной стали - на 30-50°С выше А_С1 (рис.9.1.)

 

Рис.9.1. Интервал закалочных температур углеродистой стали

 

При закалке доэвтектоидной стали с температуры выше А_с1, но ниже А_с3 в структуре наряду с мартенситом сохраняется часть феррита, который снижает твердость в закаленном состоянии и ухудшает механические свойства после отпуска. Такай закалка называется неполной.

Для заэвтектоидных сталей оптимальная температура закалки  лежит в интервале между А_с1 и А_с3 и теоретически является неполной.

Наличие в структуре  закаленной стали избыточного цементита  полезно во многих отношениях. Например, включения избыточного цементита  повышают износоустойчивость стали. Нагрев же выше А_с3 опасен и не нужен, так как он не повышает твердости, наоборот твердость даже несколько падает вследствие растворения избыточного цементита и увеличения остаточного аустенита.

 

9.2. Время нагрева

 

Общее время нагрева  складывается из времени нагрева  до заданной температуры (t_н) и времени выдержки при этой температуре (t_в), следовательно

t_общ = t_н + t_в

Величина t_н зависит от нагревающей способности среды, от размеров и формы деталей, от их укладки в печи; t_н зависит от скорости фазовых превращений, которая определяется степенью перенагрева выше критической точки и дисперсностью исходной структуры.

 

9.3. Химическое воздействие нагревающей  среды

 

При высокой температуре  происходит химическое взаимодействие поверхности металла с окружающей средой, причем особое значение имеют два процесса:

1. обезуглероживание стали, связанное с выгоранием углерода в поверхностных слоях
2. окисление стали, ведущее к образованию на поверхности окалины, окислов железа.

Интенсивность окисления  и обезуглероживания стали зависит  от температуры, состава стали и состава окружающей газовой среды.

Процессы окисления  и обезуглероживания - диффузионные, и естественно, что с повышением температуры они ускоряются.

В атмосфере печи в  зависимости от рода топлива, условий  его сжигания и температуры образуются различные газы, в том числе СО₂; СО; О₂; Н_а; Н₂О; N₂; CH₄.

Эти газовые среды  различно влияют на сталь. Так, Н₂ обезуглероживает, СО₂ окисляет, О₂ и Н₂О окисляют и обезуглероживают, СО и СН₄ науглероживают.

Изучив законы равновесия этих газов, т.е. взаимодействия газов  между собой и газов со сталью, можно создать при заданных температурах термической обработки такие условия, при которых реакции окисление-восстановление и обезуглероживание-науглероживание протекают с одинаковой скоростью в обе стороны, т.е. практически не изменяют состав металла и металл не реагирует с атмосферой. В этом случае атмосфера нейтральна; она не воздействует на поверхность металла и не изменяет ее.

Кроме того нейтральной  средой является чистый азот (N₂), a также вакуум.

Современные печи для  светлого нагрева, так называемые печи с контролируемой атмосферой, имеют специальную установку, в которой получают газовую среду требуемого состава, которую подают в печь (закалочную, отжигательную). Печи могут быть электрическими или муфельными с наружным обогревом муфеля.

Кроме газовых нейтральных  сред, нагрев без окисления и обезуглероживания стали осуществляется в расплавленных солях.

Соль составляют так, чтобы она имела температуру  полного расплавления более низкую, чем заданная температура термической обработки. Требуется также, чтобы прилипшая к поверхности детали корочка соли легко растворялась и смывалась водой.

Получили применение смеси хлористых, азотнокислых и  азоти-стокислых солей щелочноземельных металлов и смеси щелочей.

 

9.4. Закалочные среды

 

При закалке для переохлаждения аустенита до температуры мартенситного превращения требуется быстрое охлаждение, но не во всем интервале температур (от температуры нагрева до комнатной температуры), а только в пределах 650-400°С, т е. в том интервале температур, в котором аустенит менее всего устойчив, быстрее всего превращается в феррито-цементитную смесь.

Механизм действия закалочных среда (вода, масло) следующий. В момент погружения изделия в закалочную среду вокруг него образуется пленка перегретого пара, охлаждение происходит через слой этой паровой рубашки, т.е. относительно медленно. Когда температура поверхности достигает некоторого значения (определяемого составом закаливающей жидкости), при котором паровая рубашка разрывается, то жидкость начинает кипеть на поверхности детали, и охлаждение происходит быстро.

Первый этап относительно медленного охлаждения называется стадией пленочного кипения, второй этап быстрого охлаждения - стадией пузырчатого кипения.

Когда температура поверхности  металла ниже температуры кипения жидкости (при охлаждении в воде - ниже 100 °С), жидкость кипеть уже не будет, и охлаждение замедлится. Этот третий этап охлаждения носит название стадии конвективного теплообмена.

Закалочная жидкость охлаждает тем интенсивнее, чем  шире интервал стадии пузырчатого кипения, т. е. чем выше температура перехода от первой стадии охлаждения ко второй и чем ниже температура перехода от второй стадии к третьей.

Интенсивность охлаждения зависит от температуры жидкости, от ее физических свойств, вязкости, скрытой теплоты парообразования.

 

9.5. Способы закалки

 

В зависимости от состава  стали, формы и размеров детали и  требуемых в термически обработанной детали свойств выбирают оптимальный  способ закалки, наиболее просто осуществимый и одновременно обеспечивающий нужные свойства.

Чем сложнее форма  термически обрабатываемой детали, тем  тщательнее следует выбирать условия  охлаждения, потому что чем сложнее  деталь, чем больше различие в сечениях детали, тем большие внутренние напряжения возникают в ней при охлаждении.

Чем больше углерода содержит сталь, тем больше объемные изменения  при превращении, тем при более низкой температуре происходит превращение аустенита в мартенсит, тем больше опасность возникновения деформаций, трещин, напряжений и других закалочных пороков, тем тщательнее следует выбирать условия закалочного охлаждения для такой стали.

Основные способы закалки:

1. Закалка в одном охладителе - наиболее простой способ. Нагретую до определенных температур деталь погружают в закалочную жидкость, где она остается до полного охлаждения. Этот способ применяют при закалке несложных деталей из углеродистых и легированных сталей. При этом для углеродистых сталей диаметром более 2-5 мм закалочной средой служит вода, а для меньших размеров и для многих легированных сталей закалочной средой является масло. Этот способ применяют и при механизированной закалке, когда детали из печи автоматически поступают в закалочную жидкость. Для более сложных деталей следует применять другие способы закалки.

Для уменьшения внутренних напряжений деталь иногда не сразу погружают в закалочную жидкость, а некоторое время охлаждают на воздухе, «подстуживают». Такой способ закалки называется закалкой с подстуживанием.

2. Прерывистая закалка, или закалка в двух средах. Деталь охлаждают сначала в быстро охлаждающей среде, а затем в медленно охлаждающей. Обычно первое охлаждение проводят в воде, а затем деталь переносят в масло, или охлаждают на воздухе. В мартенситном интервале сталь охлаждается медленно, что способствует уменьшению внутренних напряжений.

Этот способ применяют  при закалке инструмента из высоколегированных сталей. Применяя этот способ, трудно установить и определить время пребывания деталей в первой жидкости, тем более что это время очень мало и исчисляется секундами. Этот способ требует от термиста достаточной квалификации.

3. Струйчатая закалка заключается в обрызгивании детали интенсивной струей воды и обычно ее применяют тогда, когда требуется закалить часть детали. При этом способе не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем простая закалка в воде.