3 Термическая обработка

На машиностроительных заводах для упрочнения деталей и инструмента применяют:

1. объёмную закалку с последующим низким 150-250С и высоким 500-650С отпуском;

2. поверхностную закалку с индукционным, газопламенным и лазерным нагревом;

3. химико-термическую обработку (цементацию, нитро цементацию, азотирование, борирование и др.);

Многие детали машин, требующие высокой твёрдости(НR С 58-60) и работающие в условиях трения качения (скольжения), подвергаются объёмной закалке в масле и низкому отпуску при 180-200С.

К ним относятся: - детали подшипников (шарики, ролики, кольца),- детали кузнечно-прессового оборудования (детали кулачковых механизмов, кулачковые ролики, кулаки, копиры, плунжеры и т.д.), изготавливаемые из сталей Щх15, Шх15СГ, ХВГ, 9хС, ХВСГ. В некоторых случаях закалке и низкому отпуску подвергают детали кузнечнопрессового и станочного оборудования (болты, гайки, валы, цилиндры, рейки, шпинделя и др.), изготовленные из стали, содержащей 0, 35%С (35,45,40хН,30хГСА,40хН2МФ и др.). После термической обработки эти детали машин должны иметь повышенное сопротивление износу, статическим, динамическим и циклическим нагрузкам. Твёрдость должна составлять более HRC54.

Объёмной закалке с последующим отпуском при 420-550С подвергаются упругие элементы машин (все возможные пружины обычного назначения, торсионные валы, рессорный лист и др.), изготовляемые из сталей 60, 660Г, 55С2, 65С2ВА, 50хГФА и др. (ГОСТ 1435-74, ГОСТ 13959-70).

Упругие элементы обрабатывают на твёрдость HR C 40-48. Максимальные, упругие свойства достигаются при сквозной прокаливаемости, которая для стали 55С2 при закалке в воде не превышает 16 мм, а в масле 12-14 мм, для сталей 60С2ХА и 60С2ХФА при закалке в масле соответственно 20, 44 и 80 мм.

Стали, содержащие кремний, склонны к обезуглероживанию

Обезуглероженный слой резко снижает предел выносливости пружины и другие механические свойства. Поэтому нагрев под закалку следует производить в защитной атмосфере.

3.1 Технология закалки, отпуска, отжига

Отпуск заключается в нагреве закалённой стали до температуры ниже Ас1, выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью. Отпуск является окончательной операцией термической обработки, в результате которой сталь получает требуемые

механические свойства. Кроме того, отпуск полностью или частично устраняет внутренние напряжения, возникающие при закалке. Эти напряжения снимаются тем полнее, чем выше температура отпуска.

Скорость охлаждения после отпуска также оказывает большое влияние на величину остаточных напряжений. Чем медленнее охлаждение, тем меньше остаточные напряжения

По этой причине изделия сложной формы во избежание их коробления после отпуска при высоких температурах следует охлаждать медленно, а изделия из легированных сталей, склонных обратимой отпускаемой хрупкости, после отпуска при 500-650С во всех случаях следует охлаждать быстро. Основное влияние на свойства стали, оказывает температура отпуска.

Различают три вида отпуска:

1.Низкотемпературный (низкий) отпуск проводят с нагревом до 250С.

2.Среднетемпературный (средний) отпуск выполняют при 350-500С и применяют главным образом для пружин и рессор, а также для штампов.

3.Высокотемпературный (высокий) отпуск проводят при 500-680С.

Закалка заключается в нагреве стали на 30-50С, выше Ас3 для доэвтектоидных сталей или Ас1, для заэвтектоидных сталей, выдержка для завершения фазовых превращений и последующем охлаждении со скоростью выше критической. Для углеродистых сталей это охлаждение проводят чаще в воде, а для легированных в масле или в других средах. Закалка не является окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалке обязательно подвергают отпуску.

Инструментальную сталь в основном подвергают закалке и отпуску для повышения твёрдости, износостойкости и прочности, а конструктивную сталь – для повышения прочности, твёрдости, получения достаточно высокой пластичности и вязкости, для ряда деталей также и высокой износостойкости.

Объёмной закалке и отпуску подвергают многие детали агломерационного доменного, сталеплавильного и прокатного оборудования ( разнообразные валы и оси, зубчатые колёса и муфты, ролики и звенья, цепей, ножи, правильные ролики и т.д.) Очень широко объёмная закалка применяется во всех видах машиностроения.

Отжиг второго рода заключается в нагреве стали до температуры выше точек А3 или А1, выдержке и, как правило, последующем медленном охлаждении. В процессе нагрева и охлаждения, в этом случае, протекают фазовые превращения ( превращения), определяющие структуру и свойства стали.

После отжига углеродистой стали, получаются структуры, указанные на диаграмме состояния железо-цементит, феррит+перлит в доэвтектоидных сталях; перлит в эвтеквоидной стали; перлит и вторичный цементит в заэвтектоидных сталях. После отжига сталь имеет низкую твёрдость и прочность при высокой пластичности.

При фазовой перекристаллизации измельчается зерно и устраняется видманнететовая структура, строчечность, вызванная ликвидацией, и другие неблагоприятные структуры стали

В большинстве случаев отжиг является подготовительной термообработкой; отжигу подвергают отливки, паковки, сортовой и фасонный прокат, трубы, горячекатаные листы и т.д. Понижая прочность и твёрдость, отжиг, облегчает, обработку средне и высокоуглеродистой стали. Измельчая зерно, снимая внутренние напряжения и уменьшая структурную неоднородность, отжиг способствует повышению пластичности и вязкости по сравнению со свойствами, полученными после литья, ковки прокатки. В некоторых случаях (для многих крупных отливок) отжиг является окончательной термообработкой.