94322

Основні види термічної обробки

Доклад

Производство и промышленные технологии

За місцем в загальному технологічному процесі виробництва деталей і призначенню термічна обробка може бути: попередня призначена для усунення дефектів попередньої обробки або підготовки металу до наступної обробки нормалізація відпал і остаточна для надання сталі певних фізикомеханічних властивостей гартування відпуск старіння...

Украинкский

2015-09-11

23.25 KB

3 чел.

Основні види термічної обробки.

За остаточно отриманим структурним станом термічну обробку ділять на наступні основні види: відпал, нормалізацію, гартування, відпуск. Поряд із зазначеними для ряду марок сталей застосовують і такі види термообробки, як обробка холодом, старіння.

При виробництві деталей машин часто для підвищення якості експлуатаційних параметрів сполучають процеси термічні з фізико-хіміко-механічними. В результаті застосовуються, крім термічної обробки, як термічного впливу на метал, і такі види, як термомеханічна обробка (ТМО), тобто сполучення термічного впливу із пластичним деформуванням, магнітотермі-чна обробка (МТО) — сполучення магнітного й теплового впливу на метал; хіміко-термічна обробка (ХТО) — сполучення термічних і хімічних процесів та магніто-термохімічна обробка (МТХО) — сполучення процесів впливу на метал магнітного, термічного і хімічного.

За місцем в загальному технологічному процесі виробництва деталей і призначенню термічна обробка може бути: попередня, призначена для усунення дефектів попередньої обробки або підготовки металу до наступної обробки (нормалізація, відпал) і остаточна для надання сталі певних фізико-механічних властивостей (гартування, відпуск, старіння, обробка холодом, термомеханічна обробка, магнітотермічна обробка). Очевидно, що розподіл термообробки на попередню й остаточну носить відносний характер, тому що той самий вид в одному випадку може бути попереднім, в іншому остаточним.

Кожний із зазначених видів термообробки забезпечує одержання певної структури і вибирається, у виробництві, залежно від марки сталі та її необхідних властивостей.

Термічну обробку проводять за певним режимом, до якого входить:

  1.  температура нагрівання, яка залежить від вмісту вуглецю в сталі і визначається з діаграми залізо-вуглець;
  2.  швидкість нагрівання, яка розраховується за величиною виникаючих внутрішніх напружень структурного й термічного характеру, які виникають в результаті перепаду температур на поверхні та серцевині виробу;
  3.  час витримки деталі при заданій температурі, обумовлений теплопровідністю сталі, і необхідний для об'ємного прогріву деталі та повного завершення структурних перетворень, обумовлений швидкістю дифузійних процесів;
  4.  швидкість охолодження, від якої в підсумку залежать отримана структура та механічні властивості, вибирається вона з діаграми ізотермічних перетворень аустеніту.
  5.  Режим термічної обробки залежить від її призначення (виду), хімічного складу сталі, а також від розмірів і конфігурації оброблюваної деталі. Розглянемо більш досконально технологію основних видів термічної обробки.

Відпал проводять для зниження твердості, підвищення пластичності та одержання однорідної дрібнозернистої структури. Він включає в себе операції нагрівання до певної температури (доевтектоїдної сталі вище точки Ас3 евтектоїдної сталі вище точки Ас і на 30-50°С), витримку при цій температурі й охолодження з необхідною, як правило, низькою швидкістю з метою одержання найбільш рівноважної мікроструктури сталі.

Залежно від призначення й режиму проведення розрізняють наступні основні різновиди відпалу: повний, неповний, ізотермічний, гомогенизацій-ний, рекристалізаційний, нормалізаційний та відпал на зернистий перліт.

Повний відпал полягає в нагріванні доевтектоїдної сталі до температури на 30-50°С вище критичної точки Ас3, витримці при цій температурі для завершення повного фазового перетворення в повному об'ємі металу й наступного охолодження з малою швидкістю (100-200°С/год), частіше разом з піччю. Щоб забезпечити одержання ферито-перлітної структури, процес перетворення аустеніту необхідно вести при незначних ступенях переохолодження. Швидкість охолодження при відпалі визначають із діаграми ізотермічного перетворення аустеніту. З підвищенням стійкості аустеніту швидкість охолодження зменшується. Після повного перетворення аустеніту подальше охолодження сталі можна вести з більшою швидкістю.

При нагріванні сталі до аустенітного стану вихідна структура подрібнюється. В зв'язку з тим, що після охолодження величина отриманого зерна зберігається, то утвориться дрібнозерниста ферито-перлітна структура. Повному відпалу піддають доевтектоїдну сталь (аркушевий прокат, відливки, кування) з метою зниження твердості, підвищення пластичності, зняття внутрішніх напружень.

Заевтектоїдну сталь повному відпалу не піддають, тому що після нагрівання до аустенітного стану наступне повільне охолодження призводить до виділення цементиту по границях зерен перліту, що істотно погіршує властивості металу.

Неповний відпал (відпал з неповною фазовою перекристалізацією при нагріванні) проводять, головним чином, для заевтектоїдної сталі, яку при цьому нагрівають на 30-50°С вище критичної точки Асі і охолоджують разом з піччю. Доевтектоїдна сталь неповному відпалу піддається лише для поліпшення оброблюваності різанням. При цьому виходить неоднорідна структура, яка призводить до погіршення ряду властивостей такої сталі.

Відпал на зернистий перліт застосовується для істотного поліпшення оброблюваності евтектоїдної і заевтектоїдної сталей. Він полягає в циклічному нагріванні й охолодженні в межах температур, близьких до точки Асі.

Нагрівання цих сталей до температури трохи вище точки Ас і призводить до часткового розчинення цементиту в аустеніті, після охолодження до утворення пластинчастого перліту. Циклічне ж нагрівання й охолодження в межах температур, близьких до точки Ась призводять до утворення зернис-того перліту. Причиною цього є наявність центрів кристалізації цементиту при кожному наступному охолодженні у вигляді зерен, які утворилися при попередньому охолодженні. Сфероідизація цементитних часток (утворення зернистого перліту) призводить до підвищення ударної в'язкості, зниженню твердості й поліпшенню оброблюваності. Відпалу на зернистий перліт піддають тонкі листи, заготовки деталей перед холодним штампуванням або волочінням.

Ізотермічний відпал проводять для отримання рівноважної структури деталей малих розмірів або сталевого листа невеликої товщини. Особливістю цього відпалу є те, що після нагрівання до температур повного відпала вище точки Асз і відповідної витримки сталь швидко охолоджують до температури трохи нижче критичної точки Асі (70О-680°С) і витримують при цій температурі до повного завершення перетворення аустеніту у ферито-перлітну структуру, потім остаточно охолоджують на повітрі.

У порівнянні з повним відпалом, ізотермічний забезпечує скорочення тривалості процесу термообробки, а ферито-перлітна структура, отримана після ізотермічного відпалу, більш однорідна, ніж після повного. Це забезпечує сталі кращу оброблюваність, меншу шорсткість поверхні й зменшує деформації деталей після наступного гартування.

Дифузійний відпал (гомогенізація) застосовують для зменшення дендритної, внутрішньо-кристалічної ліквації зливків або великих виливків з легованої сталі. Дифузійний відпал полягає в нагріванні сталі до температури 1100-1200СС, необхідної для інтенсивного протікання дифузійних процесів, в результаті яких вирівнюється хімічний склад, витримці при цій температурі протягом 8-20 годин і наступному охолодженні з малою швидкістю до температури 200-250°С. Загальна тривалість дифузійного відпалу (нагрівання, витримка, охолодження) може становити 80-100 годин. Зменшення дендритної ліквації в результаті гомогенізації призводить до підвищення в'язкості й пластичності сталі, зменшенню шиферності, шаруватості та флокенів (тонких внутрішніх тріщин, які спостерігаються в зламі у вигляді білих овальних плям) у легованих сталях.

Рекристалізаційний відпал, як уже відомо, застосовують з метою усунення наклепу холоднодеформованої сталі. Він полягає в нагріванні вище температури рекристалізації, витримці при цій температурі й наступному охолодженні на повітрі. Температура рекристалізаційного відпалу залежить від хімічного складу сталі й перебуває в межах 650-700°С.

Низьковуглецеві сталі, які піддають холодній деформації (прокатці, штампуванню, волочінню), відпалюють при температурі 680-700° С.

Для високовуглецевих і легованих деформованих сталей температуру рекристалізаційного відпалу підвищують до 730°С, це прискорює процес рекристалізації. Нагрівання проводять протягом 0,5-1,5 годин.

Причиною підвищення пластичності після цього відпалу є процес коагуляції й сфероідизації цементиту.

Нормалізація (нормалізаційний відпал) застосовується для подрібнення зерна сталевих виливків, поковок або штамповок, прокату, а також замість повного відпалу низько- і середньовуглецевих сталей, а також для усунення цементитной сітки в заевтектоїдних сталях і в деяких випадках замість гартування та відпуску. Нормалізацією називають технологічний процес термообробки, що полягає в нагріванні сталі до температури на 30-50°С вище точки Ас3 (доевтектоїдної) або Аст (заевтектоїдної сталі), витримці при цій температурі й наступному охолодженні на спокійному повітрі при нормальній температурі.

В результаті певної фазової перекристалізації сталі при нагріванні й порівняно прискореному охолодженні розпад аустеніту здійснюється при більш низьких температурах, що призводить до підвищення дисперсності ферито-цементитної структури. Для заевтектоїдних сталей при прискореному охолодженні виділення цементиту на границях зерен (утворення цементитної сітки) не відбувається.

У порівнянні з відпалом нормалізація забезпечує підвищення міцності й твердості на 10-15% середньо- і високовуглецевих сталей. Низьковуглецеві сталі піддають нормалізації замість відпалу, що більш економічно, а механічні властивості при цьому змінюються в незначній мірі.

Сталі з низькою критичною швидкістю гартування після нормалізації отримують мартенситну структуру. У цих випадках для зняття внутрішніх напружень або для отримання низької твердості після нормалізації проводять відпуск. Такі сталі, як правило, гартуванню у воді не піддають, а нормалізація й відпуск є кінцевими термічними операціями. Наприклад, вали коробок передач і бортових редукторів автотракторів піддають нормалізації з низьким відпуском й одержують структуру низьковуглецевого мартенситу. При цьому твердість і міцність деталей незначно знижуються, в'язкість зростає, істотно зменшується деформація, а ймовірність утворення тріщин досягає мінімуму.

Нормалізація сталі забезпечує підвищення продуктивності при обробці різанням й одержання меншої шорсткості поверхні деталей.

Гартування. Гартування застосовують для одержання високої механічної міцності, твердості, зносостійкості деталей. Це технологічний процес термічної обробки сталі, який полягає в нагріванні доевтектоїдної сталі до температури на 30-50°С вище критичної точки Ас3, евтектоїдної і заевтектоїдної — на 30-50°С вище Ась витримці при цій температурі, необхідної для завершення фазових перетворень, і наступному охолодженні зі швидкістю не нижче критичної до температури, що лежить в інтервалі початку Мп і кінця Мк утворення мартенситу. При цьому доевтектоїдна та евтектоїдна сталі будуть мати мікроструктуру мартенситу та залишкового аустеніту, заевтектоїд-на мартенситу, карбіду та залишкового аустеніту.

В залежності від температури нагрівання, яка визначає ступінь фазової кристалізації або повноту розчинення фаз в аустеніті, гартування називають повним або неповним.

Неповне загартування доевтектоїдної сталі практично не використовується, тому що наявність в структурі мартенситу залишкового фериту призводить до значного погіршення твердості і міцності.

Для заевтектоїдної сталі наявність деякої кількості другорядного цементиту поряд з мартенситом після повного загартування призводить до підвищеної твердості та збільшення зносостійкості. Підвищення температури нагрівання при гартуванні до точки Аст, чи підвищенні тривалості нагрівання заевтектоїдної сталі, викликає посилений ріст зерна та відповідно погіршення таких механічних властивостей сталі, як твердість, міцність, опір крихкому руйнуванню. Ріст величини зерна та підвищення ступеня гомогенізації сприяє підвищенню стійкості переохолодженого аустеніту, відповідно зменшенню критичної швидкості загартовування і підвищенню прогартування сталі. Збільшення залишкового аустеніту у високовуглецевій та високолегованій сталі після гартування знижує її твердість та суттєво збільшує деформацію виробів.

Важливим критерієм режиму гартування є тривалість витримки при аус-тенізації сталі. Витримка повинна забезпечити повне завершення фазових перетворень у сталі та гомогенізацію аустеніту по всьому перерізу деталі. Час витримки повинен бути достатнім та нетривалим, щоб не стався помітний ріст зерна аустеніту та обезвуглецювання поверхні сталевого виробу.

Час витримки при температурі нагріву під гартування приймають рівним 0,15-0,25 від часу, необхідного наскрізний прогрів. Так, витримку при загартуванні деталі з високовуглецевої сталі беруть рівною 1,0-1,3 хв/мм найбільшої товщини, легованої— 1,1-1,5 хв/мм.

Для нагрівання деталей при термообробці використовуються печі та ванни різних конструкцій та потужностей. Для захисту поверхні, виробів, що нагріваються, від окислення та зневуглецювання в нагрівальних печах у робочій простір печі вводять захисне газове середовище, тобто створюють так звані контрольовані атмосфери. В якості таких атмосфер застосовують висушені газоподібні продукти неповного згорання палива (СО), очищений азот, водень, аргон, гелій. В останній час широко застосовують нагрівання деталей в вакуумі 10 2-10"3 мм. рт. ст. (1,33-0,13 Па).

Для нагрівальних ванн використовують розплави хлористих солей (70% ВаСІ та 30% NaС1) та інші.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17863. Теория предельной полезности и поведение потребителя 314.5 KB
  Лекция 2 Тема: Теория предельной полезности и поведение потребителя Учебная цель лекции: изложить основные положения теории предельной полезности дать понятия потребностей экономических благ равновесия потребителя оказать содействие развитию у студентов ...
17864. Ординалистская теория поведения потребителя 296.5 KB
  Лекция 3 Тема: Ординалистская теория поведения потребителя Учебная цель лекции: изложить основные положения порядковой теории полезности дать понятия кривой безразличия равновесия потребителя оказать содействие развитию у студентов экономического мышлени...
17865. Анализ поведения потребителя 545.5 KB
  Лекция 4 Тема: Анализ поведения потребителя Учебная цель лекции: изложить основные положения теории потребительского выбора в более широкой трактовке с учётом изменения размера доходов и цен благ дать понятия инструментов теории: кривой доходпотребление крив...
17866. Спрос, предложение и их взаимодействие 462 KB
  Лекция 5 Тема: Спрос предложение и их взаимодействие Учебная цель лекции: изложить основные положения теорий спроса и предложения дать перечень факторов влияющих на спрос и предложение благ оказать содействие развитию у студентов экономического мышления
17867. Микроэкономическая модель предприятия 550 KB
  Лекция 6 Тема: Микроэкономическая модель предприятия Учебная цель лекции: изложить основы теории производства выявить основные мотивы функционирования и параметры хозяйственной деятельности предприятия оказать содействие развитию у студентов экономическ
17868. Вариации факторов производства и оптимум производителя 614 KB
  Лекция 7 Тема: Вариации факторов производства и оптимум производителя Учебная цель лекции: детально изложить модель процесса производства в виде производственной функции дать понятия оптимума производителя различных вариаций факторов производства: частичной ...
17869. Расходы и прибыль предприятия 448.5 KB
  Лекция 8 Тема: Расходы и прибыль предприятия Учебная цель лекции: изложить основы теории расходов и прибыли рассмотреть взаимосвязи между различными видами расходов с учётом экономического времени оказать содействие развитию у студентов экономического мышл...
17870. Рынок совершенной конкуренции 898 KB
  Лекция 9 Тема: Рынок совершенной конкуренции Учебная цель лекции: изложить основные положения теории конкуренции дать характеристику рынка совершенной конкуренции как модели идеального рынка оказать содействие развитию у студентов экономического мышления...
17871. Монопольный рынок 629 KB
  Лекция 10 Тема: Монопольный рынок Учебная цель лекции: изложить основные положения теории монополии дать понятия монопольной власти ценовой дискриминации оказать содействие развитию у студентов экономического мышления формированию самостоятельности при...