Виды термической обработки сталей

Отжиг – нагрев стали до температур 775 - 975°С с последующим медленным (с печью) охлаждением. Отжиг уменьшает неоднородность структуры стали, повышает ее пластичность, вязкость, уменьшает твердость и улучшает обрабатываемость резанием.

Нормализация – нагрев стали до температур 775 - 975°С с последующим охлаждением на воздухе. Обеспечивает однородную мелкозернистую структуру, повышенную прочность, пластичность.

Закалка – быстрое охлаждение (в воде, масле) стали, нагретой до температур 775 - 975°С. Закалка повышает твердость и прочность стали, однако она становится хрупкой и плохо поддается обработке резанием.

Отпуск – нагрев закаленной детали до температур 100 - 400°С. Уменьшает внутреннее напряжение и твердость стали после закалки, повышает пластичность закаленной стали.

Для упрочнения поверхностного слоя стали применяют химико-термическую обработку: цементацию, азотирование, никелирование, цианирование и др.

Цементация – насыщение поверхностного слоя низкоуглеродистых (незакаливаемых) сталей углеродом на глубину до 2,2 мм. После закалки поверхностный слой цементированных деталей приобретает высокую твердость.

Азотирование – насыщение поверхностного слоя (на глубину до 0,1 – 0,3 мм) азотом для повышения твердости и износостойкости деталей.

Цементация (с последующей закалкой) и азотирование повышает прочность деталей, работающих при переменных напряжениях, на 20 – 30%. Этой же цели служат различные способы механического упрочнения поверхности: обкатка деталей роликами и обдувка их стальной дробью.

Чугуны

Чугунами называют железо-углеродистые сплавы, содержащие более 2,14 % С. Благодаря сочетанию высоких литейных свойств, достаточной прочности, износостойкости, а также относительной дешевизне чугуны получили широкое распространение в машиностроении. Их используют для производства качественных отливок сложной формы при отсутствии жестких требований к габаритам и массе деталей.

В зависимости от того, в какой форме присутствует углерод в сплаве различают:

• серые чугуны, содержащие до 3,6% углерода и отличающиеся тем, что большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита;

• белые чугуны, содержащие до 4% углерода, находящегося только в состоянии химического соединения с железом - цементита;

• ковкие чугуны – отожженные белые чугуны, отличающиеся отсутствием цементита и наличием свободного графита в виде сфероидальных зерен. Название этих чугунов отнюдь не означает их способность подвергаться пластической деформации при ковке.

Основным литейным материалом является серый чугун (ГОСТ 1412-85), которые обозначают индексами СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30. Цифра в обозначении указывает предел прочности при растяжении (σ_в) в 0,1 МПа.

Серые чугуны характерны хорошими литейными свойствами, средней прочностью (высокой при сжатии и значительно меньшей при растяжении), малой пластичностью и ударной вязкостью, удовлетворительной износостойкостью, хорошей обрабатываемостью. Серый чугун – общепринятый материал для изготовления базовых и корпусных деталей: оснований, станин, корпусов редукторов, а также шкивов, тихоходных зубчатых и червячных колес. Для этих деталей применяют чугуны марок СЧ 15, СЧ 20.

Для литых деталей, от которых требуется повышенная прочность, применяется высокопрочный чугун (ГОСТ 7293-85), т.е. чугун, обрабатываемый в расплавленном виде присадками магния, чем достигается сфероидальная форма графита. Такие чугуны обладают более высокой прочностью и некоторой пластичностью. Марка высокопрочного чугуна состоит из букв ВЧ и числа, обозначающего уменьшенное в десять раз значение его временного сопротивления, например ВЧ 35, ВЧ 45, …ВЧ 100.

Достижению высокой прочности способствует также модифицирование чугуна, т.е. введение в него графитизирующих присадок (например, ферросилиция). Модифицирование улучшает вместе с тем линейные свойства чугуна, что важно при изготовлении деталей сложной формы. По механическим свойствам эти чугуны занимают промежуточное место между серыми и высокопрочными чугунами. Они прочнее серых чугунов и отличаются хорошей теплопроводностью, что обеспечивает их стойкость к теплосменам.

Отливки из белого чугуна имеют высокую твердость и хрупкость (и соответственно плохую обрабатываемость), поэтому для изготовления деталей машин не используются. Ограниченное применение имеют отбеленные чугуны – отливки из серого чугуна со слоем белого в виде твердой корки, так как они имеют высокую стойкость против износа. Из них изготавливают прокатные валки, тормозные колодки и другие детали, работающие в условиях износа.

Ковкий чугун обладает более высокой, чем серый и белый чугуны, пластичностью и применяется в качестве материала для литых деталей, подвергающихся ударным нагрузкам. Пример обозначения ковкого чугуна: КЧ 33-8; чугун этой марки имеет предел прочности на растяжение 330,1 МПа и относительное остаточное удлинение при разрыве 8%.