2. Определение оптимальных режимов закалки для упрочнения деталей машин

Проанализировать возможность проведения закалки изготовленного из стали 45Х трубной оправки резца с толщиной стенки 50 мм, работающей в условиях ударно-абразивного изнашивания с небольшой энергией удара. Выбрать вид охлаждающей среды и рассчитать кривую охлаждения, с помощью которой по анизотермической диаграмме определить полученную структуру и свойства стали.

Трубная оправка резца представляет собой полую цилиндрическую деталь, изнашивание которой происходит по наружной поверхности в результате трения по стенкам отверстия заготовки, сопровождающегося небольшими ударами во время операций по вводу-выводу резца и по резьбовой части в результате операций свинчивания-развинчивания.

Наибольшую износостойкость при абразивном изнашивании с небольшими ударами обеспечивает структура, которая содержит мартенсит с небольшим количеством аустенита или продукты его распада для повышения пластичности и ударостойкости. Анизотермическая диаграмма превращения аустенита для стали 45Х, приведенная на рис. 1, показывает, что для получения такой структуры необходимо провести закалку со скоростью больше критической и закончить охлаждение при комнатной температуре. Положение температуры конца мартенситного превращения на диаграмме не указано, следовательно, оно находится ниже 0 °С. Это позволяет сохранить в структуре стали после закалки некоторое количество остаточного аустенита.

Для расчета кривой охлаждения выберем основные параметры закалки:

- температура критической точки А_с3 для стали 45Х составляет 795 °С, тогда принимаем температуру нагрева под закалку 820 °С;

- время выдержки при этой температуре назначаем исходя из толщины стенки изделия, что для трубной оправки резца с толщиной стенки 50 мм составляет t_выд = 1 мин · УТ = 50 мин;

- в качестве охлаждающей среды используем индустриальное масло.

Охлаждение при закалке будет вестись непрерывно. Тогда находим время охлаждения с максимальной температуры до температур, указанных в табл. 6, при следующих характеристиках: Т_max = 820 °C; Т_с = 20 °С; b₀ = 0,105; УТ = 5 см

, .

Полученные значения времени охлаждения приведены в табл. 6.

Таблица 6

Температура, °С	Время охлаждения, с
Т max	0
700	23
500	73
300	150
100	329

После сопоставления полученных значений с анизотермической диаграммой превращения аустенита стали 45Х получаем структуру, которая ориентировочно состоит из 2% феррита, 65% бейнита и 335 аустенитно-мартенситной стали, что не обеспечивает максимальной износостойкости в рассматриваемых условиях работы.

Для обеспечения требуемой структуры необходимо увеличить скорость охлаждения при закалке, выбрав в качестве охлаждения воду. Охлаждение проводится в емкости при следующих характеристиках: Т_max = 820° С; Т_с = 20° С; b₀ = 0,3; УТ = 5 см. Полученные значения времени охлаждения представлены в табл. 7.

Таблица 7

Температура, °С	Время охлаждения, с
Т max	0
700	0,8
500	2,5
300	5,5
100	11,5

Полученная в результате изменения условий охлаждения структура состоит из 100%-й мартенситно-аустенитной смеси и обеспечивает твердость порядка 60 НRC. После закалки обязателен низкий отпуск, заключающийся в нагреве до температуры 150 - 250° С, выдержке и последующем охлаждении на воздухе для снятия закалочных напряжений.