После закалки от оптимальной температуры и выдержки, обеспечивающей достаточное растворение углерода в аустените, в ферритном чугуне получается
____________
1 Седов Ю.Е., Адаскин А.М. Справочник молодого термиста – М: “Высшая школа”, 1986, с. 113.
мартенситная структура с максимальной твёрдостью HRC 55 –60. В чугунах
высокопрочных, аустенит которых обладает пониженной критической скоростью закалки, твёрдость после закалки достигает HRC 60 –62. Прочность после закалки понижается. Прокаливаемость высокопрочного чугуна выше прокаливаемости серого чугуна. После закалки чугун подвергают низкому отпуску для снятия части внутренних напряжений или высокому отпуску с получением сорбитной или троостосорбитной структуры.
При изотермической закалке чугун нагревают до 830 – 900о С выдерживают 0,2 – 1,5 часа и охлаждают в расплавленных солях, имеющих температуру 250 – 400о С, и после выдержки охлаждают на воздухе. Структура чугуна после изотермической закалки состоит из бейнита, остаточного аустенита и графита. Прочность, твёрдость и износостойкость изотермически закаленного чугуна выше по сравнению со свойствами чугуна после улучшения (закалки и отпуска) со структурой сорбита или троостита. Преимущество изотермической закалки – резкое уменьшение закалочных напряжений и коробления. Изотермической закалке обычно подвергают отливки из высококачественного чугуна (например, с шаровидным графитом) небольшого сечения (толщина стенки 10 – 12 мм), так как необходимо переохладить аустенит до температуры изотермической выдержки.
Поверхностную закалку с нагревом с помощью токов высокой частоты применяют для повышения поверхностной твёрдости и износостойкости чугунных отливок. Поверхностной закалке рекомендуется подвергать перлитные чугуны. Это объясняется тем, что при нагреве перлитных чугунов нет необходимости в насыщении аустенита углеродом за счёт растворения графита. Превращения, происходящие при поверхностной закалке таких чугунов, аналогичны превращениям при поверхностной закалке перлитных чугунов 840 – 950о С, время нагрева – несколько секунд, скорость нагрева около 400о С/с, охлаждение в воде или эмульсии. Твёрдость после закалки серого чугуна HRC 50 – 55, высокопрочного HRC 58 – 60. Распределение твёрдости по сечению закалённого слоя (толщиной 1,5 – 4 мм) дотаточно равномерное. Микроструктура поверхностного слоя – мелкоигольчатый мартенсит и включения графита. После поверхностной закалки проводится низкий отпуск. Поверхностной высокочастотной закалке подвергают детали из перлитного чугуна, работающие на износ – направляющие станин станков ( изготовляемые из модифицированного серого чугуна), коленчатые и кулачковые валы (из высокопрочного чугуна), гильзы цилиндров (из легированного чугуна) и другие детали.
При поверхностной закалке ферритных чугунов для получения высокой твёрдости после закалки необходим нагрев с меньшей скоростью (~ 5 – 10о С/с) и до более высокой температуры (~ до 1050о С) для того, чтобы произошло насыщение аустенита углеродом (вследствие растворения графита).
На результат поверхностной закалки ферритного чугуна влияет характер распределения графитных включений в металлической основе, т.е. их количество, размер и расстояние между ними. Чем мельче включения графита, тем их больше и расстояние между ними меньше. С увеличением количества графитовых включений твёрдость закалённого ферритного чугуна повышается особенно резко при увеличении числа включений до 200 –300 на 1мм2 .
Отпускпроводится с целью снятия термических напряжений, повышения твёрдости, прочности и износостойкости. Нагрев проводят медленный для
сложных изделий до температуры 150 – 300о С для деталей работающих на износ или 400 – 600о С, затем дают выдержку 1 – 3 часа. Охлаждение проводят на воздухе.
Для стабилизации размеров литых чугунных деталей, предотвращения коробления и снятия внутренних напряжений применяют старение.
Различают два вида старения: естественное и искуственное.
Естественное старение осуществляется на открытом воздухе или в помещении склада. Изделия после литья выдерживаются в течение 6 – 15 месяцев. При естественном старении снижение напряжений в отливках составляет 3 – 10 %
При вибрационном старении снижение напряжений достигает 10 – 15 %. Во время вибрации в отливке возникают дополнительные временные напряжения, вызывающие локальные пластические деформации чугуна и , таким образом, повышающие стойкость против последующего коробления.
Старение методом статистической перегрузки отличаются тем, что для создания дополнительных временных напряжений деталь подвергают воздействию внешних статических нагрузок. При этом методе снижение напряжений достигает 10 – 30 %.
Старение методом термоударов (термоциклическое старение) осуществляется путём быстрого нагрева и охлаждения всей детали или отдельных участков её. Стойкость против коробления повышается за счёт пластических деформаций, вызываемых временными температурными напряжениями. Общий уровень напряжений снижается на 10 –20 %. Термоциклическое старение осуществляется по следующему режиму: загрузка в печь и нагрев за 3 – 3,5 часа до 350о С, выдержка 2 – 2,5 часа, а затем резкое охлаждение (на воздухе); снова повторный нагрев (за 1 – 1,5 часа) до 320о С, выдержка 4 – 5 часов и охлаждение вместе с печью до 150 – 100о С.
Искусственное старение осуществляется при повышенных температурах; длительность – несколько часов.
При искуственном старении отливки чугуна загружают в печь, нагретую до 100 – 200о С, нагревают до температуры 550 – 570 о С со скоростью 30 – 60о С в час, выдерживают 3 – 5 часов и охлаждают вместе с печью со скоростью 20 – 40о С в час до температуры 150 – 200оС, а затем охлаждают на воздухе.
Обычно старение проиводят после грубой механической обработки.
Химико – термическая обработка.
Кроме термической обработки чугуны подвергают химико – термической обработке.
Для повышения поверхностной твёрдости, износостойкости, предела усталости и коррозийной стойкости серые и высокопрочные чугуны подвергают азотированиюилинасыщению азотом поверхности отливки. Чаще азотируют серые перлитные чугуны, легированные хромом, молибденом, алюминием. Температура азотирования 550 –580о С, время выдержки 30 – 70 часов, степень диссоциации аммиака около 30%. В результате азотирования получается слой толщиной до 0,4мм твёрдостью до HV 900. Оптимальная температура азотиро-
вания высокопрочного чугуна 650 – 700о С, степень диссоциации аммиака 30 – 45%. Слой толщиной 0,25мм получается после выдержки 12 часов; твёрдость до HV 1000.
Кроме азотирования, повышение поверхностной твердости, износостойкости
и предела выносливости легированного серого перлитного чугуна можно достигнуть газовым и жидкостным цианированием – диффузионным насыщением поверхности отливок углеродом и азотом при температуре 570о С. Более эффективно газовое цианирование – слой толщиной 0,15 – 0,20мм с максимальной твёрдостью HV 1000 достигается через 8 часов.
Для повышения жаростойкости и сопротивления атмосферной коррозии чугунные отливки можно подвергать алитированию, то есть насыщению поверхности алюминием. Температура алитирования 900 - 1050о С, время выдержки
2 – 6 часа, охлаждение вместе с печью или на воздухе.
Для повышения коррозионной стойкости в кислотах, износостойкости и жароупорности чугунные отливки подвергают силицированию – поверхностному или объёмному насыщению кремнием путём обработки в газовой среде, содержащей кремний.
Хромирование – диффузионное насыщение поверхностного слоя чугунных отливок хромом, для повышения твёрдости до HV 1600, износостойкости, жаростойкости, предотвращения коррозии или в защитно-декоративных целях. Хромирование проводят при температуре 950 – 1000оС, время выдержки 10 – 12 часов в твёрдой среде, 5 часов – в газовой. Охлаждают вместе с печью или на воздухе.
Кроме того для улучшения обрабатываемости и предупреждения задиров чугунные отливки можно подвергать сульфидированию. Его проводят при температуре 550 – 600о С, чугунные отливки выдерживают 3 часа, затем охлаждают на воздухе.
Полученные в доменных печах чугуны не обладают всеми эксплуатационными свойствами, поэтому чтобы снять внутреннее напряжение, возникающее при литье и вызывающее с течением времени изменение размеров и формы отливки, снизить твёрдость и улучшить обрабатываемость резанием и повысить механические свойства чугунов необходимо подвергнуть их термической обработке. Все виды термической обработки взаимосвязаны. Нельзя получить все необходимые механические свойства лишь одним видом термической обработки; при отжиге снимаются внутренние напряжения, повышается вязкость, при нормализации изменяется структура, повышается прочность и износостойкость, при закалке повышается твёрдость, структура становится более равновесной, а при отпуске повышается пластичность, уменьшается хрупкость закалённой отливки. Старение стабилизирует размеры литых чугунных деталей.
Теорию термической обработки необходимо знать каждому термисту, так как от правильного выбора , разработки наиболее эффективного технологического процесса термической обработки и его выполнения зависит качество изготовляемых деталей. Только изучив теорию и практику термической обработки металлов, термист может успешно работать на современных машиностроительных заводах, успешно внедрять в технологию термической обработки новейшие достижения науки и техники, бороться за механизацию и автоматизацию технологических процессов.
Используемая литература:
1. Большой энциклопедический словарь; Под редакцией Прохорова А.М.–
М: Советская энциклопедия, 1991, 1628 с.
2. Зуев ВМ. Термическая обработка металлов – М: Высшая школа, 1976,
344 с. с ил.
3. Кузьмин Б.А. и др. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы - М: Высшая школа, 1977, 304 с. с ил.
4. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы – М: высшая школа, 1980, 360 с. с ил.
5. Самохоцкий А.И., Парфёновская Н.Г. Технология термической обработки металлов – М: Машиностроение, 1976, 311 с. с ил.
6. Седов Ю.Е., Адаскин А.М. Справочник молодого термиста – М: Высшая школа, 1986, 239 с. с ил.
29-04-2015, 04:16