авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

«Федеральное агентство по образованию Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный ...»

-- [ Страница 2 ] --

Этот недостаток микроструктуры устраняется горячей обработкой давлением (ковка, прокатка, прессование). Массивные заготовки из легированных ста лей после ковки проходят противофлокеновый отжиг, а затем для устранения неоднородности в структуре полный, неполный, изотермический отжиг или нормализацию с высоким отпуском или без него. Выбор вида ПТО определя ется требуемыми свойствами поковки и характером последующей термиче ской обработки.

Чаще всего отливки имеют крупнозернистую неравновесную структуру с неоднородным распределением избыточных фаз. В сталях это, как правило, видманштеттовое строение феррита, сетка феррита или цементита. Поэтому они проходят ПТО в виде диффузионного или полного отжига, нормализации с отпуском или без него. Полуфабрикаты после холодной обработки давле нием проходят до- или рекристаллизационный отжиг. Такая ПТО позволяет устранить наклеп и восстановить пластичность материала.

Сфероидизирующий отжиг проходят полуфабрикаты из заэвтектоид ных сталей. Низкотемпературный отжиг применяется для снижения твердо сти и снятия остаточных напряжений легированных сталей, в которых отсут ствует перлитное превращение (стали аустенитного, ферритного класса).

Контрольные вопросы 1. К технологическим задачам предварительной термической обработ ки (ПТО) относят… 2. Перечислите способы предварительной термической обработки (ПТО) для повышения свойств готовых изделий.

3. Предложите способ ПТО, повышающей свойства готовых изделий из стали 40Х, с указанием причины.

4.Зарисуйте две схемы производственного цикла получения заготовок и полуфабрикатов до ПТО.

5. Назовите виды предварительной термической обработки (отжиги) и кратко охарактеризуйте каждый из них.

Лекция 6. Технология закалки сталей План лекции 1. Закалка стали 2. Способы нагрева и охлаждения 3. Закалочные среды: вода, масло, растворы, гетерофазные среды 4. Выбор и технологические расчеты охлаждения по данным о прокали ваемости сталей Закалка стали – это в большинстве случаев получение мартенсита с максимальной прочностью и твердостью. Она включает в себя нагрев до температуры выше Ас1 или Ас3, выдержку при этой температуре для завер шения структурных и фазовых превращений и последующее ускоренное ох лаждение. При объемном (печном) нагреве различают следующие способы нагрева: с максимально возможной скоростью, когда температура в печи равна или выше температуры закалки, одно или двух ступенчатый нагрев для изделий, склонных к короблению или с низкой теплопроводностью. Первая ступень нагрева (первый подогрев) выполняется при температуре 500– °С, когда сталь приобретает повышенную пластичность. Этот подогрев по зволяет снизить уровень термических напряжений. Вторая ступень (второй подогрев) проводится при температуре ~850 оС, цель его снизить термиче ские, фазовые и структурные напряжения, а также сократить время выдержки при окончательном высокотемпературном нагреве под закалку.

Время нагрева изделий до температуры закалки рассчитывают по про граммам, разработанным кафедрой МиТОМ ИЦМиЗ. Температуру нагрева под закалку для каждой марки стали определяют, исходя из ее химического состава. Так для углеродистых доэвтектоидных сталей нагрев ведется выше критической температуры точки Ас3, для эвтектоидной и заэвтектоидных – выше точки Ас1;

стали, склонные к росту зерна аустенита, перегреваются выше критических точек на 30-50 °С, не склонные к росту зерна - на 50- °С. Определив температуры нагрева под закалку расчетом, проверяют ее пра вильность по справочникам. Время выдержки при температуре закалки зави сит от химического состава стали, размера садки, среды нагрева, определя ется по справочным данным или экспериментальным путем.

Основными способами охлаждения при закалке являются: охлаждение в одном охладителе (непрерывная закалка), в двух средах или окунанием (прерывистая закалка);

охлаждение с подстуживанием;

а также ступенчатое или изотермическое. Все способы охлаждения должны обеспечить охлажде ние сталей со скоростью выше критической, для предупреждения распада ау стенита на феррито-карбидную смесь.

Критическая скорость закалки (VКР) – это наименьшая скорость охла ждения, при которой происходит распад аустенита только на мартенсит. Она рассчитывается, исходя из кинетических С -кривых распада аустенита, по следующим формулам:

VКР= Ar1 tmin / min,[°С/с] - для термокинетических С -кривых;

(1), VКР= Ar1 tmin / 1,5min [°С/с] - для изотермических С -кривых;

(2), где Ar1 - температура критической точки стали А1, °С;

tmin – температура минимальной устойчивости переохлажденного ау стенита °С;

min – время минимальной устойчивости переохлажденного аустени та, с.

Для обеспечения требуемой скорости закалки в практике термической обработки используются различные закалочные среды, которые должны от вечать следующим требованиям:

1. Охлаждать со скоростью выше критической;

2. Стабильность свойств при работе в требуемом интервале темпера тур и при хранении;

3. Инертность – отсутствие или весьма малое химическое взаимодей ствие с поверхностью охлаждаемых изделий;

4. Легкая удаляемость с поверхности изделий при промывке или очи стке;

5. Небольшая вязкость, которая не затрудняет перекачку среды насо сами от мест хранения к охлаждающим устройствам;

6. Безвредность и безопасность при работе, недефицитность, невысо кая стоимость.

Идеальная закалочная среда должна обеспечить высокую скорость ох лаждения в интервале температур минимальной устойчивости аустенита (450-550 °С) и медленное охлаждение в период мартенситного превращения для предупреждения образования закалочных трещин. По характеру охлаж дения закалочные среды делятся на два вида:

1. Не испытывающие изменений агрегатного состояния во всем диапа зоне температур охлаждения изделий;

2. Претерпевающие изменение агрегатного состояния в связи с кипе нием среды на поверхности закаливаемых изделий.

К первым относятся газовые среды (воздух, азот, инертные газы, ваку ум), расплавы солей, щелочей и металлов, «кипящий» слой, металлические плиты. Наиболее широко при закалке применяют расплавы солей, щелочей, воздух. Например, 55% KNO3+45% NaNO3 (температура плавления – 137 °С, температура применения 155-550 °С), 35% NaOН+65% KOН (температура плавления – 155 °С, температура применения – 180-350 °С) и т.д. Охлаж дающая способность солей при температуре ~200 °С примерно равна охлаж дающей способности масла при 20 °С.

Ко второму виду закалочных сред относятся вода, водные растворы со лей, щелочей, полимеров, низкомолекулярных органических соединений, во до-воздушная смесь, различные марки масел. В этих средах в связи с их ки пением интенсивность охлаждения изменяется с понижением температуры поверхности изделий. В них при закалке изделий различают три периода ох лаждения.

В первый (начальный) период охлаждения жидкость кипит, при этом интенсивность образования пузырьков пара (газа) превышает скорость их удаления с поверхности закаливаемого изделия – это стадия пленочного ки пения. При этом на поверхности детали образуется сплошная паровая пленка, скорость охлаждения на данном этапе небольшая. Во второй период при снижении температуры поверхности изделий скорость удаления пузырьков начинает превышать скорость их образования, пленка разрушается, и ско рость охлаждения возрастает. Это стадия пузырькового кипения. Третий пе риод наступает тогда, когда температура поверхности охлаждаемого изделия становится равной температуре кипения закалочной жидкости, кипение пре кращается, и скорость охлаждения резко падает. Дальнейший теплоотвод осуществляется конвекцией, это - стадия конвективного теплообмена (рис.

3).

Вода применяется для закалки изделий из углеродистых сталей и ино гда низколегированных, но всегда есть опасность образования закалочных трещин. Это связано с тем, что первая стадия при охлаждении в воде наблю дается в интервале 800-400 °С, вторая – 400-100 °С, третья – 100 °С, эти ин тервалы даны для спокойной воды при ее температуре равной 20 °С. С по вышением температуры воды скорость охлаждения уменьшается на первой стадии, но не изменяется на второй и третьей. Повышает скорость охлажде ния циркуляция воды или интенсивное ее перемешивание, но только на пер вой стадии.

Охлаждение в масле является основным способом при закалке из делий из легированных сталей. Про цесс охлаждения в масле характери зуется теми же стадиями, что и в во де (см. рис. 3), только вместо паро вой пленки образуется газовая. Пе реход от пленочного к пузырьковому кипению проходит при температурах Рис. 3. Фазы теплового обмена в жидких 500-400 °С, а температура начала закаливающих средах: 1 – пленочного ки конвективного теплообмена лежит в пения – «паровая рубашка»;

2 – пузырча пределах 400-200 °С в зависимости того кипения;

3 – конвективного теплооб от марки масла. При температуре мена изделий 200 °С скорость охлаждения в масле в ~25 раз меньше скорости охлаждения в воде, то есть в интервале мартенситного превращения в масле идет медленное охлаждение и трещины, как правило, не образуются. Охлаждающая способность масел почти не зави сит от их температуры. Марки масел и их свойства представлены в табл. 7.

Основным недостатком масла является медленное охлаждение в верх нем перлитном интервале температур 700-500 °С, что не обеспечивает ско рость охлаждения выше критической для углеродистых и низколегирован ных сталей, исключение составляют тонкие менее 5-8 мм изделия. Кроме то го масло имеет более высокую стоимость, чем вода, пожароопасно, повыша ет загазованность помещений (дым при закалке), требует обязательной про мывки деталей после закалки перед отпуском.

При работе масло окисляется, густеет и при повышении вязкости более чем на 40% от первоначального значения масло следует заменить. Долговеч ность масел в обычных условиях составляет 400-1 000 ч в зависимости от массы закаливаемых изделий. Лучшие сорта масел закалочные модифициро ванные (МЗМ) марок: МЗМ-16, МЗМ-26, МЗМ-120, ВЗ-вакуумное, закалоч ное, МГЗ – (горячее, закалочное) для ступенчатой закалки при 160-180 °С в агрегатах.

В настоящее время ведутся исследования по поиску закалочных сред, которые бы заменили масло. К ним относятся водные растворы органических полимеров, среди которых наиболее известны ЗСП-1, ЗСП-2, ЗСП-3, ПК-2 и др. Закалочные среды типа ЗСП – это водные растворы полиакриламида, а ПК-2 1-2% раствор полимера – железосодержащей полиакриловой кислоты.

Все эти жидкие охладители дешевле масла, не требуют последующей очист ки, пожаробезопасны, не токсичны, Однако их закаливающая способность очень сильно зависит от температуры, концентрации, и они не являются та кими универсальными как масло.

Механизм охлаждения в растворах полимеров основан на их влиянии, на вязкость воды, а также на повышение или снижение растворимости поли меров при изменении температуры среды в контакте с охлаждаемым метал лом. На поверхности стали с понижением ее температуры в процессе охлаж дения образуется пленка полимера, которая стабилизирует паровую рубашку, а в конце охлаждения оседает на детали, замедляя охлаждение в нижнем ин тервале температур мартенситного превращения. Такое охлаждение способ ствует понижению структурных и фазовых напряжений при закалке сталей.

6.1 Закаливаемость и прокаливаемость сталей Закаливаемость – это способность сталей повышать поверхностную твердость, что возможно при закалке на мартенсит. Данная характеристика измеряется в единицах прироста твердости для закаленных сталей по сравне нию с отожженным состоянием, определяется обычно твердость по Роквел лу. Закаливаемость зависит от содержания углерода в сталях (рис. 4), усло вий охлаждения. Повышение концентрации углерода до ~0,8% ведет к росту твердости до 60-62 HRC. Практически на закаливаемость не влияет содер жание легирующих элементов в сталях.

Прокаливаемость – глубина проникновения закаленного слоя, то есть имеющего структуру мартенсита. Определяется по торцевой пробе согласно ГОСТ 5657-90, показателем глубины закаленного слоя является расстояние от поверхности вглубь до слоя со структурой ~90% мартенсита (сквозная за калка) или слоя со структурой 50% мартенсита + 50% троостита (полумар тенситная зона). Твердость полумартенситной зоны при различном содержа нии углерода в сталях представлена в табл. 8.Сквозная прокаливаемость не обходима для таких изделий, как пружины, рессоры, тормозные колодки, ин струмент, шарики и ролики подшипников.

Таблица Влияние углерода на твердость полумартенситной зоны Содержание углерода, % 0,18-0,22 0,23-027 0,28-0,32 0,33-0,42 0,43-0,52 0,53-0, Твердость,HRC 25 30 35 40 45 Прокаливаемость - технологическая характеристика материала измеряется, как правило, в миллиметрах. Она опреде ляет технологичность изделий, технологию их производства и эксплуатационные свой ства. По этой причине ее следует учиты вать при выборе сталей как конструкцион ных материалов. Путем выбора стали с оп тимальной прокаливаемостью, соответст вующей технологии термической обработ ки можно при сравнительно малых затра тах повысить эксплуатационную надеж ность и долговечность изделий.

Рис. 4. Твердость стали в зависимо- Для характеристики прокаливаемо сти от содержания углерода и тем- сти введено понятие критический диаметр, пература нагрева под закалку: а – которое позволяет устранить влияние раз нагрев выше критической точки Ас1;

б – нагрев до аустенитного состоя- меров изделий на глубину прокаливаемо сти. Критический диаметр – это макси ния мальное сечение цилиндра, который зака ливается насквозь при охлаждении в данной закалочной среде. Связь между результатами торцевой закалки, размерами деталей простой геометрической формы и критической скоростью закалки отражена в номограммах для опре деления сквозной прокаливаемости. По номограмме можно установить: про каливаемость при заданной критической скорости закалки, критическую ско рость закалки для определенной формы детали, прокаливаемость по данным торцевой закалки.

Справочной характеристикой прокаливаемости сталей являются поло сы прокаливаемости (рис. 5), которые характеризует изменение твердости в зависимости от расстояния с поверхности вглубь детали, или связь значений твердости со средой закалки, глубиной слоя или количеством мартенсита за калки (табл. 9).

Таблица Прокаливаемость стали 40, ГОСТ 1050- (Закалка с температуры 850 оС) Количество мартенсита, Критический диаметр, мм % в воде в масле 50 15-25 8- 90 10-15 5-9, Рис. 5. Полоса прокаливаемости конструкционной углеродистой стали марки Контрольные вопросы 1. Различают несколько способов нагрева при закалке. Приведите кон кретные примеры применения этих способов.

2. Укажите способы закалки с высокоскоростным нагревом и зависи мость температуры нагрева под закалку от скорости нагрева.

3. Укажите причины различного подхода к назначению температуры закалки до- и заэвтектоидных сталей.

4. Укажите конкретные примеры практического применения трех раз личных способов охлаждения при закалке (сталь- деталь- среда охлаждения).

5. На какие два вида делятся закалочные среды по характеру охлажде ния, примеры.

6. Приведите примеры использования различных видов закалочных сред для деталей из одной марки стали.

7. Перечислите факторы, определяющие выбор марки закалочного масла.

8. Понятия закаливаемость, прокаливаемость стали.

Лекция 7. Термические и структурные напряжения, деформация и коробление изделий при термической обработке План лекции 1. Способы предупреждения коробления и деформации 2. Технология механической правки 3. Закалочные трещины Причиной деформации и коробления изделий являются внутренние на пряжения, которые в зависимости от происхождения делятся на: усадочные (литейные) образуются в основном в отливках;

тепловые (термические);

структурные и фазовые;

деформационные, возникающие в результате накле па при обработке резанием давлением, шлифованием. По объему, в котором напряжения уравновешиваются, они подразделяются на макро- и микрона пряжения.

Усадочные напряжения возникают в отливках при затвердевании мате риала в результате уменьшения объема при переходе жидкого расплава в твердое состояние. Термические – при нагреве или охлаждении в связи с не одновременным изменением температуры по сечению (рис. 6,а). Структур ные – также при нагреве и охлаждении вследствие неодинакового протекания фазовых превращений по объему деталей с изменением удельного объема (рис. 6,б). Величина деформационных напряжений, их распределение в изде лиях определяются степенью деформации, технологической жесткостью из делий, неоднородностью макро- и микроструктуры. Необходимо учитывать, что напряжения, и особенно напряжения сжатия на поверхности, могут быть и полезными. Например, наклеп дробью поверхности зуба шестерни, пружи ны, рессоры повышает усталостную прочность в 1,5-2,0 раза.

При деформации за счет напряжений возможно образование следую щих дефектов: увеличение или уменьшение объема изделий, выводящие их за пределы допуска;

кривизна, волнистость, винтообразность, пропеллер ность, овальность отверстий, изменение шага резьбы, вспучивание плоских стенок, диафрагм;

макро- и микротрещины и др. Возможна неоднородная деформация (анизотропия) вызванная строчечным расположением фаз или волокнистостью структуры, а также разнозернистостью материала.

Рис. 6. Деформация тел простой формы при нагреве и охлаждении под воздейст вием напряжений: а – термических;

б – структурных На деформацию и коробление в первую очередь оказывает влияние форма и размеры изделий. В зависимости от геометрии изделия делятся на:

1. Стержнеобразные – изделия удлиненной формы;

2. Плоские изделия;

3. Объемные изделия.

По устойчивости деталей к действию остаточных напряжений они де лятся на пять категорий жесткости:

1. Массивные (валы, оси, плиты, колеса) ld 5;

2. Повышенной жесткости ld = 5-10;

3. Средней жесткости ld = 10-15;

4. Малой жесткости ld = 25-40;

5. Весьма малой жесткости ld 40, где l – наибольший размер изделия;

d – наименьший размер.

Количественной оценкой технологической жесткости при деформации изгиба является величина – А, которая определяется:

для стержнеобразных изделий по формуле:

А = d4 l3, (3);

для плоскостных:

А = d3 l4 (4).

По величине А изделия подразделяются на четыре категории, характе ристика которых приведена в табл. 10.

Таблица Категории технологической жесткости Категория Форма изделия стержневая плоскостная 10- Первая 0, - 510-6 – 10- Вторая 0,2 - -3 - 510-8 - 210- Третья 210 - - 10- Четвертая 7.1 Способы предупреждения коробления и деформации Для предупреждения коробления и деформации при термической обра ботке используется ступенчатый нагрев, ограничение скорости нагрева, по лучение однородной структуры, охлаждение с оптимальной температуры за калки (желательно более низкой), применение подстуживания, изотермиче ской или ступенчатой закалки, отжига для снятия напряжений. При термиче ской обработке механически обточенных деталей уменьшить деформацию можно за счет значительных припусков на механическую обработку. Для де талей малой и весьма жесткости рекомендуется выполнять термическую об работку в вертикальном (подвешивание) положении.

Применение максимально медленного нагрева способствует значи тельному понижению деформации. При охлаждении принудительное фикси рование формы закаливаемых изделий в штампах, приспособлениях (пло ские, кольцевые детали), используя эффект кинетической пластичности. За кономерности кинетических изменений свойств материалов наблюдаются при всех видах фазовых и структурных превращений при воздействии внеш них деформирующих усилий. При этом в материале повышается пластич ность с одновременным снижением сопротивления пластическому деформи рованию. При кинетической пластичности, обусловленной фазовыми пре вращениями, размеры зерен (почти до 1см) практически не оказывают влия ния. Рост пластичности обнаруживается при всех видах механического на гружения: растяжении, сжатии, кручении, изгибе. Однако такое изменение свойств является временным, так как возможно только в момент фазовых превращений и исчезает после его завершения или приостановке по какой либо причине.

В связи с малым временем проявления кинетической пластичности при ее практическом применении следует соблюдать следующие правила:

1. Фиксацию изделий производить до начала нагрева или охлаждения;

2. Стабилизирующие устройства должны минимально нарушать рав номерность нагрева или охлаждения;

3. Фиксация изделия до или после фазовых переходов может усилить коробление и деформацию;

4. Преждевременная выгрузка деталей может сопровождаться усилен ной деформацией.

Если, не смотря на все меры, изделия получили деформацию и короб ление, превышающие допуск, то основным способом их устранения является механическая правка.

7.2 Технология механической правки Механическая правка сводится к уменьшению кривизны изделий путем изгиба, кручения, растяжения. Это процесс нежелательный, так как повыша ется трудоемкость, снижается сопротивление деталей усталостному разру шению на 10–45% за счет локальной пластической деформации, степень и последствия которой часто трудно проконтролировать. При правке необхо димо соблюдать следующие правила:

1. Она не должна выводить материал за пределы малых пластических деформаций со степенью 3%;

2. Наилучшие условия для правки – использование кинетической пла стичности, при других условиях правки автодеформация изделия может воз никнуть вновь и составить величину 20-30% величины пластического проги ба, полученного правкой;

3. Выполнять правку, по возможности, сразу после закалки, так как первоначальное значение запаса кинетической пластичности закаленных из делий снижается при комнатной температуре вылеживания. Проведение пе ред правкой отпуска, старения или промывки закаленных деталей сущест венно затрудняет правку;

4. Пластический прогиб при правке нередко должен быть больше ве личины закалочного прогиба (правка с перегибом): на 20-25% при после дующем низком отпуске, на 45-55% перед средним или высоким.

Если правка проводится после отпуска, то для стабилизации размеров дополнительно проводится отпуск, но при температуре на ~50 °С ниже ос новного отпуска.

Рассмотрим основные способы механической правки разных по форме изделий. Цилиндрические длинномерные детали (валы, оси) устанавливают в центры и при их вращении индикатором определяют место максимальной деформации с его отметкой мелом, маркером. Если величина прогиба выше допуска, заложенного в чертеже, то изделие правят. Для этого деталь уста навливают на опоры стола пресса для правки прогибом вверх. Прессом соз дается усилие – деталь прогибается в другую сторону. Операцию повторяют до получения прямолинейного изделия.

Плоские детали (дисковые пилы, диски сцепления) устанавливают на шлифованную чугунную контрольную плиту, с помощью щупов (набор шлифованных пластин известной толщины) определяют зазор между дета лью и плитой, место прогиба отмечают. Если его величина выше требуемого, то проводится правка на рабочем столе ударами молотка (кувалды).

Длинномерные до 6м катаные, прессованные прутки, профили правят растяжением на специальных правильных машинах. У труб и круглых прут ков деформацию и коробление уменьшают прокаткой на косовалковых пра вильных станах.

7.3 Закалочные трещины Трещина – это нарушение сплошности металлических материалов. За калочные трещины получаются при резком охлаждении или нагревании, при наличии концентраторов напряжений: острых углов, кромок, резких перехо дов от одного сечения к другому, неметаллических и других включений. Ес ли в закаленных деталях длительное время не сняты внутренние напряжения, это также может явиться причиной образования трещин. Кроме того, зака лочные трещины могут образоваться при наличии металлургических дефек тов: раковин, пористости, флокенов, волосовин и др. В зависимости от рас пределения внутренних напряжений по сечению изделия трещины можно разделить на четыре типа.

Первый тип – трещины глубокие (рис. 7,а) образуются в изделиях, про каливающихся насквозь, в крупных поковках или слитках при посадке их в горячую печь или при резком охлаждении. Предупреждение образование та ких трещин это выполнение медленного или ступенчатого нагрева, избегать перегревов особенно при высоких температурах. При охлаждении применять ступенчатую или изотермическую закалку, закалку в двух средах, использо вать закалочные среды, которые медленно охлаждают в мартенситном ин тервале. После закалки сразу проводить отпуск, снимающий напряжения.

Рис. 7. Классификация трещин: а – трещины глубокие;

б – внутренние трещины;

в – поверхностные трещины в виде сплошной или разорванной сетки;

г – поверхност ные трещины отслаивания;

+ - напряжения растяжения;

- напряжения сжатия Второй тип – трещины внутренние (рис. 7,б) располагаются в углах из делий и имеют дугообразный вид, зарождаются во внутренних слоях и ино гда выходят на поверхность. Этот тип трещин образуется в сталях с низкой прокаливаемостью или в цементованных изделиях, а также в слитках при их быстром нагреве или в деталях, имеющих твердость сердцевины 45НRC.

Мерами, предупреждающими образование трещин второго типа в сталях с указанной твердостью, является получение оптимальной структуры с твердо стью выше 45 НRC. Если такой вариант не возможен, то необходимо заме нить марку стали. В основном мерами борьбы с образованием данных тре щин являются те же способы, что и для трещин первого типа.

Третий тип – трещины поверхностные (рис. 7,в) располагаются в виде сплошной или разорванной сетки и распространяются на глубину 0,01-0,2мм (шлифовочные). Шлифование закаленных деталей приводит к разогреву по верхности, при этом происходит распад мартенсита и превращение остаточ ного аустенита. Такое изменение структуры, особенно распад аустенита, приводит к созданию растягивающих напряжений на поверхности, которые и вызывают образование трещин этого типа. Мерами, устраняющими образо вание таких трещин, соблюдение режимов шлифования (предусмотреть ох лаждение), проводить его после отпуска изделий.

Четвертый тип – трещины отслаивания (рис. 7,г), возникают у поверх ности изделий. Характерным является то, что они образуются в зоне сжатия и только в том случае, когда есть очень резкий переход напряжений от растя гивающих к сжимающим. Такие трещины наблюдаются после поверхностной закалки т.в.ч. или ХТО при резком переходе структуры закаленного слоя к структуре сердцевины. Способами устранения этого типа дефектов является создание плавного перехода структур за счет правильного выбора темпера турно-временных параметров обработки.

Кроме того, правильный выбор марки стали способствует предупреж дению образования деформации и трещин при закалке. Например, замена уг леродистой стали на легированную для изготовления конкретного изделия позволяет проводить его закалку в более "мягкую" закалочную среду, что понижает вероятность образования трещин. Перспективно для предупрежде ния образования закалочных трещин и применение наследственно мелкозер нистых легированных сталей.

Контрольные вопросы 1. Назовите факторы, которые определяют степень деформации дета лей при термообработке, и укажите наиболее вероятный вид деформации для детали, рассматриваемой на семинарских занятиях.

2. Определите геометрию и категорию жесткости по склонности к деформации детали, рассматриваемой на семинарских занятиях.

3. Предложите меры предупреждения деформации при ХТО детали, рассматриваемой на семинарских занятиях.

4. Для уменьшения или устранения деформации используется эффект кинетической пластичности. Оцените возможность и необходимость его использования в технологии ХТО детали, рассматриваемой на семинарских занятиях.

5. Опишите технологию правки детали, рассматриваемой на семинар ских занятиях, с указанием вида термообработки, после которой она прово дится.

6. Перечислите виды закалочных трещин с их кратким описанием.

7. Укажите наиболее вероятный тип закалочных трещин у детали, рассматриваемой на семинарских занятиях, и меры предупреждения их об разования.

Лекция 8. Отпуск и старение стали План лекции 1. Отпуск стали 2. Старение 3. Отпуск под нагрузкой 4. Отпуск после шлифования 5. Правка. Эффект кинетической пластичности 6. Термообработка после правки. Методы стабилизации размеров Отпуском называется операция термической обработки, при которой в результате нагрева ниже критической точки А1 закаленной на мартенсит стали происходит переход структуры из метастабильного состояния в равно весное или близкое к нему. Отпуск часто является конечной операцией тер мической обработки. Поэтому его цель – получение определенных характе ристик готовых деталей или полуфабрикатов. В зависимости от температуры нагрева различают следующие виды отпуска: низко-, средне- и высокотемпе ратурный. Влияние температуры отпуска на твердость сталей представлена на рис. 8.

Низкий отпуск выполняется при температурах 80-250 °С с получением структуры в углеродистых, низко- или среднелегированных сталях отпущенного мартенсита и приводит к частичному сня тию внутренних напряжений. Такой от пуск проводится для цементованных, нит роцементованных закаленных деталей и после закалки т.в.ч., а также для инстру Рис. 8. Зависимость твердости угле- мента, который должен иметь высокую родистых ста сталей от температу твердость 60-63HRC.

ры отпуска Средний отпуск выполняется при температурах 320-450 °С и обеспечивает в углеродистых и низколегирован ных сталях структуру троостита отпуска с твердостью 41-49HRC и практиче ски полное снятие остаточных напряжений. Детали с такой структурой име ют высокий предел упругости и усталости, поэтому такой отпуск применяют для рессор и пружин.

Высокий отпуск проводится при температурах 450-700 °С и обеспечи вает распад мартенсита углеродистых, низко-, среднелегированных сталей на сорбит отпуска. Сочетание закалки с высоким отпуском называется улучше нием. Это связано с тем, что после такой обработки достигается сочетание высоких значений прочности, пластичности и вязкости сталей. Твердость на ходится в пределах 250-350 НВ, прочность по сравнению с закаленным со стоянием понижается в 1,5-2,0 раза, а пластичность и вязкость в несколько раз. Высокотемпературный отпуск применяется для широкого круга деталей, у которых необходимо иметь перечисленный комплекс свойств. Разновидно стью высокого отпуска является дисперсионное твердение для высоколеги рованных сталей: жаропрочных, высокопрочных, быстрорежущих. Данная термическая обработка выполняется чаще всего при температурах 460-700°С.

При назначении температур отпуска нельзя забывать об отпускной хрупкости, которая приводит к значительному снижению ударной вязкости закаленных изделий. Необратимая отпускная хрупкость первого рода прояв ляется при температурах около 300 °С, поэтому стали при отпуске не нагре вают до этой температуры. Обратимая отпускная хрупкость второго рода на блюдается при температуре ~500 °С только в легированных хромом, нике лем, марганцем сталях, особенно при совместном их введении. Склонность сталей к хрупкости второго рода увеличивается при содержании в стали примесей фосфора, мышьяка, сурьмы и олова. Данный тип отпускной хруп кости не проявляется в углеродистых и высокочистых по примесям легиро ванных сталях.

Старение – это операция термической обработки, при которой в зака ленном без полиморфного превращения сплаве происходит распад пересы щенного твердого раствора. Причиной старения стали является пересыщение феррита углеродом и азотом, а также примесными атомами и характерно для низкоуглеродистых сталей ( 0,03 % С). В результате старения происходит повышение твердости, прочности и снижение пластичности, вязкости стали, при этом сохраняется их значение с течением времени. В зависимости о температуры нагрева закаленного сплава старение может происходить при комнатной температуре (естественное старение) или повышенной (искусст венное). Кроме того, различают еще два вида старения в зависимости от движущей силы распада: термическое старение, протекающее в закаленном сплаве и деформационное, происходящее в изделиях после пластической де формации при температуре ниже температуры рекристаллизации.

Термическое старение чаще всего наблюдается в низкоуглеродистых сталях при содержании 0,03-0,05% углерода. При закалке в таких материа лах образуется пересыщенный -твердый раствор, который при старении распадается с выделением избыточных фаз, что ведет к повышению твердо сти, прочности и снижению пластичности. Наибольший эффект изменения свойств наблюдается при естественном старении, но требуется значительное время. При искусственном старении полученные характеристики прочности ниже, чем при естественном, при этом время старения сокращается.

Холодная пластическая деформация приводит к значительному уско рению процессов распада - твердого раствора при старении. Для тонких хо лоднокатаных листов из малоуглеродистой стали старение проводят после рекристаллизационного отжига. Выполнение старения можно провести по двум технологическим схемам. Первая - включает ускоренное охлаждение до ~400 °С, изотермическую выдержку при этой температуре и регламентиро ванное охлаждение со скоростью ~3 °Сс. Вторая схема состоит из закалки с температуры рекристаллизационного отжига, затем термическое старение:

нагрев до ~400 °С с выдержкой 30 мин и медленное охлаждение.

8.1 Разновидности отпуска и старения В практике термической обработки кроме рассмотренных выше видов старения и отпуска применяются еще следующие: отпуск под нагрузкой, от пуск после шлифования, стабилизационное старение. Отпуск под нагрузкой используется для деталей малой и весьма малой жесткости, которые практи чески всегда при закалке получают коробление и деформацию. Наиболее часто такой отпуск применяется для цилиндрических пружин, когда их от пускают с применением оправок. Закаленные без оправки пружины, что обеспечивает их сквозную прокаливаемость, одевают на трубчатую оправку, длина которой равна свободной высоте пружины. С учетом допуска на усад ку пружины после обжатия на оправке зажимают клином и в таком состоя нии проводят отпуск. После отпуска пружины приобретают требуемую гео метрическую форму, выход годных изделий составляет 100%.

Аналогично устраняют коробление пластинчатых круглых дисков по севных и почвообрабатывающих машин, диски сцепления и т.п. детали. В этом случае правку совмещают с отпуском, который выполняют на электри ческих прессах. Детали после закалки помещают между обогреваемыми пли тами пресса и проводят отпуск под нагрузкой при заданной температуре.

Циркулярные пилы для резания дерева отпускают зажатыми в струбцинах.

Аналогичные приспособления используются и при отпуске деталей точных приборов. Такой процесс, совмещающий отпуск и правку, называют термо рихтовкой.

Отпуск после шлифования выполняется для деталей машин и точных приборов со значительной глубиной шлифовки. Шлифуемость явялется важ нейшим технологическим свойством инструментальных сталей и материалов, используемых в точном приборостроении, так как во многом определяет ка чество готового изделия. Стоимость шлифования может достигать 50-60% от стоимости готовой детали, тогда как стоимость материала и термической об работки не превышает 10-20 %.

Тонкий поверхностный слой при шлифовании нагревается, и в отдель ных участках, сильно разогретых, происходит распад мартенсита с образова нием троостита и превращение остаточного аустенита (участки прижога).

Твердость таких участков снижается до 55-57 HRC, образуются мягкие пят на, что ведет к нестабильности свойств изделий. Кроме того, превращение аустенита в зоне шлифования создает на поверхности растягивающие напря жения, которые облегчают образование трещин. Для их предупреждения не обходимо немедленно провести отпуск при температуре 120-150 °С с вы держкой 2-3 ч для нетеплостойких сталей и при 350-400 °С в течение 30- мин для большинства теплостойких сталей. Мерительный инструмент, рабо тающий при комнатной температуре, проходит кратковременный отпуск при 100-120 °С, 1-2 ч.

Стабилизационное старение относится к стабилизирующей размеры изделий термической обработке, которую проходят стальные и чугунные де тали с целью обеспечения постоянства их формы и размеров при длительной работе, хранении, транспортировке, а также при изготовлении. Этот вид ста рения занимает особое место при изготовлении в приборо- и станкостроении при изготовлении мерительного инструмента, когда кроме свойств изделий требуется стабильность формы и размеров изделий.

Основные изменения размеров вызывает нестабильность структуры материалов. Наименьшей стабильностью отличается сталь со структурой мартенсита и остаточного аустенита. Распад мартенсита происходит за счет обеднения его углеродом и сопровождается выделением карбидов, что ведет к уменьшению размеров деталей. Распад остаточного аустенита на феррито карбидную смесь способствует увеличению размеров. При наличии в струк туре деталей этих фаз необходимо проведение стабилизационной термиче ской обработки. Так, если изделие работает при комнатной температуре, то для обеспечения постоянства размеров достаточно провести низкотемпера турный отпуск при 140-150 °С в течение 2-4 ч. Если температуры эксплуата ции изделий повышенные, то мартенситную структуру стабилизируют тер мической обработкой путем отпуска, температура которого на 50-100 °С пре вышает рабочую.

Обработка при 150°С стабилизирует структуру мартенсита, но не влия ет на аустенит остаточный, так как его распад начинается при нагреве выше 200 °С. Однако, нагрев выше 200 °С снижает твердость и прочность закален ных деталей, и если это недопустимо, то для уменьшения количества оста точного аустенита проводят обработку холодом при температуре – 70 °С.

Обработка холодом выполняется сразу после закалки на мартенсит перед от пуском. Хорошие результаты обеспечивает сочетание обработки холодом с продолжительным низким отпуском (24-48 ч), или при кратковременном от пуске (2-3 ч) эти операции повторять несколько раз, то есть провести термо циклирование от 2 до 6 раз. На практике такая термоциклическая обработка выполняется для измерительного инструмента и измерительных плиток, из готовленных из сталей 40Х13.

Эффективным способом обеспечения постоянства размеров является релаксационная обработка, заключающаяся в одновременном нагреве и де формации изделий. Такая обработка создает в деталях микропластическую деформацию, обеспечивает процессы отпуска и возврата, что создает в них сжимающие напряжения. Например, проведение релаксационной обработки на стали 50ХФА после закалки и отпуска, обеспечивающих требуемые свой ства на деталях, позволило повысить предел упругости стали на 20-30%. При этом релаксационная обработка состояла в нагреве до 250-300 °С с одновре менным нагружением детали до напряжения, равного условному пределу те кучести (0,05).

Дорекристаллизационный отжиг проводится при температурах, стаби лизирующих дислокационную структуру, без ее существенного изменения, ведущего к разупрочнению, а именно, на стадии возврата или полигониза ции. Такая обработка выполняется не только для холоднодеформированного металла, но и после механической обработки или наклепа поверхности.

Крупногабаритные чугунные детали корпусов станков, прессов с це лью сохранения постоянной формы и размеров при изготовлении, транспор тировке, а также и при длительной работе проходят следующие виды обра ботки:

1. Отжиг, уменьшающий напряжения, при температуре 450-700°С, вы полняется на заготовках или после черновой механической обработки;

2. Отпуск стабилизирующий при 140-160°С проводится после или ме жду операциями механической обработки при температуре на 20-30 °С ниже отпуска, обеспечивающего требуемые свойства изделий;

3. Обработка холодом проходит сразу после закалки в интервале от – 30 до – 80°С перед окончательным отпуском, формирующим заданные свой ства;

4. Литые базовые детали станков из серого чугуна отжигаются при низких температурах 540-580 °С, с выдержкой 2-6 ч с охлаждением в печи до ~200 °С и затем на воздухе.

Режимы и последовательность стабилизирующей обработки зависят от жесткости и точности деталей.

Контрольные вопросы 1. Известны различные виды отпуска после закалки сталей. Укажите вид отпуска, структуру и твердость стали, если температура отпуска равна 550 С.

2. Одной из разновидностей отпуска является отпуск под нагрузкой.

Укажите его цель, явление (эффект), лежащий в его основе, и температуру.

3. Для инструментов и деталей, подвергаемых шлифованию, прово дится отпуск после такой обработки. Укажите какие структурные изменения происходят.

4. Назовите структурные изменения, происходящие при шлифовании сверл из быстрорежущей стали и при последующей термообработке. Деталь относится к категории изделий высокой точности. Предложите технологию стабилизирующей обработки.

5. Укажите цель стабилизирующей обработки, от чего зависят режимы и последовательность такой обработки.

Лекция 9. Поверхностное упрочнение термической обработкой План лекции 1. Особенности технологии поверхностной закалки ТВЧ 2. Выбор частоты тока и оборудования 3. Энергетические и термические параметры индукционного нагрева Поверхностное упрочнение термической обработкой может выпол няться при нагреве: индукционном - токами высокой частоты (т.в.ч.), элек тронно-лучевом, лазерным лучом, электроплазменном, электрической дугой или пламенем газовой горелки. Все перечисленные способы нагрева исполь зуют высококонцентрированные источники тепла, которые имеют плотность мощности не менее 103 Втсм2. Такая концентрация тепла обеспечивает дос тижение высоких температур поверхности при весьма малом времени нагре ва, то есть глубинные слои изделия остаются практически холодными.

Данный способ термического упрочнения применяется для деталей, работающих на износ, трение. При изгибе, кручении, контактных напряже ниях, циклических нагрузках. В результате на поверхности образуется слой с высокой твердостью, прочностью при сохранении вязкой сердцевины. Из всех перечисленных способов нагрева наиболее распространенным является индукционный нагрев т.в.ч. Так на заводах автомобильных и сельскохозяй ственного машиностроения ~60 % термически упрочняемых деталей прохо дят закалку т.в.ч.

Способ бесконтактного индукционного нагрева состоит в следующем.

Нагреваемую деталь помещают в индуктор, который представляет собой од но- или многовитковую катушку. Индуктор питается переменным электри ческим током высокой частоты, при этом внутри катушки создается пере менное магнитное поле, которое взаимодействует с металлом нагреваемой детали (рис. 9).

В соответствии с законом элек тромагнитной индукции в поверхно стных слоях детали возникает элек тродвижущая сила, то есть перемен ный ток той же частоты, что и ток на индукторе. Согласно закона Джоуля Ленца количество тепла - Q может а б быть определено по формуле:

Рис. 9. Схема индукционного нагрева: а – Q = I2 R [кДж], (5) распределение магнитного потока в ин где I - сила тока равна 5000-8000 А, дукторе;

б – направление токов в индук R – сопротивление материала на торе и детали;

1 – нагреваемая деталь;

2 – виток индуктора;

3 – магнитные силовые греваемой детали, Ом, – время нагрева, с.

линии;

4 – направление тока в индукторе;

5 – направление тока в детали За счет теплового действия тока происходит нагрев детали. Перемен ный ток распределяется по сечению детали неравномерно, сосредотачиваясь преимущественно в поверхностных слоях (поверхностный эффект, скин эффект, рис. 10).

При этом около 87 % всей тепловой энергии выделяется в слое, измеряемом глубиной проникновения тока -, кото рая вычисляется по формуле:

5030 f [см], (6) где – удельное электросопротивление материала детали, омсм, – относительная магнитная прони цаемость, Рис. 10. Распределение плотности пе f – частота тока, Гц.

ременного тока по нагреваемой дета При нагреве характеристики мате ли: 1 – действительное распределение;

2 – условное распределение;

– глу- риала и изменяютя, но это нерегули бина проникновения тока в деталь руемые параметры, следовательно, для получения требуемой глубины проник новения тока необходимо рассчитать его частоту, для сталей применяется более упрощенная формула:

5030 f (7).

Глубина закаленного слоя – зак. связана с глубиной проникновения то ка - следующей формулой:

зак 0,5. (8).

Таким образом, при индукционном нагреве энергия источника тепла выделяется непосредственно в нагреваемой детали, что ускоряет нагрев вы сококонцентрированным источником тепла. При этом время нагрева состав ляет несколько секунд или десятки секунд.

9.1 Особенности технологии поверхностной закалки ТВЧ В конструкторских чертежах на детали, подвергающиеся закалке т.в.ч, как правило, указывается глубина упрочненного (закаленного) слоя. Кратко временность нагрева вызывает ряд особенностей, которые необходимо учи тывать при разработке технологии поверхностной закалки:

1. Основными параметрами нагрева является конечная температура нагрева и средняя его скорость в области фазовых превращений, а для объ емного нагрева (печной) – это температура и время;

2. Повышение скорости нагрева обуславливает более высокие темпе ратуры завершения процесса образования аустенита, поэтому температура нагрева под закалку выбирается на 80-150 °С выше чем при объемном нагре ве;

3. Аустенит при быстром нагреве получается неоднородным по хими ческому составу, то есть по углероду и легирующим элементам, так как прак тически отсутствует выдержка;

4. Зерно аустенита при скоростном нагреве не успевает вырасти до значений, присущих печному нагреву. Если при нагреве т.в.ч. его размер со ответствует 11-14 баллу стандартной шкалы по ГОСТ 5639-82, то при печном нагреве 7-8 баллу, то есть по площади зерна это в 15-30 раз крупнее;

5. Исходная структура перед закалкой должна быть мелко дисперсной.

Наличие крупных зерен структурно свободного феррита в доэвтектоидных сталях вынуждает сильно перегревать стали на 150-260 °С выше точки Ас3.

Такой нагрев приводит к росту зерна аустенита и ухудшает свойства (осо бенно вязкость) закаленного слоя. Для получения высокодисперсной струк туры рекомендуется перед закалкой проводить нормализацию или улучше ние;

6. Мелкозернистый неоднородный по составу аустенит обладает по ниженной устойчивостью к распаду, поэтому при закалке необходимо при менять интенсивное охлаждение – водяным душем или быстрым потоком во ды. Такое охлаждение подавляет распад мартенсита и фиксирует наиболь шее количество в нем углерода, что обеспечивает повышенную твердость.

7. Создается возможность применения широкой механизации и авто матизации, повышение культуры производства.

8. В закаленном поверхностном слое создаются напряжения сжатия до 300-700 МПа, повышающие усталостную прочность и снижающие чувстви тельность к концентраторам напряжений.

Измельчение зерна аустенита при индукционной закалке обеспечивает соответственно измельчение кристаллов мартенсита, что существенно повы шает его прочность и особенно важно пластичность. Повышенная пластич ность мартенсита позволяет использовать детали с высокой твердостью 61- HRC без риска хрупкого разрушения, а также надежно предотвращает обра зование трещин в средне- и высокоуглеродистых сталях при закалке в интен сивном потоке воды. Закалка т.в.ч. может применяться вместо ХТО, объем ной закалки, позволяет использовать углеродистые стали вместо легирован ных.

Недостатками индукционного нагрева является: поштучность обработ ки;

трудность унификации индукторов, охлаждающих устройств, закалочных станков, так как они конструктивно разрабатываются индивидуально для ка ждого типа и размера деталей. Экономически целесообразно такую обработ ку использовать в массовом и крупносерийном производстве из-за дорого стоящего оборудования – преобразователей токов высокой частоты.

9.2 Выбор частоты тока и оборудования Частота тока - f (Гц) выбирается в зависимости от глубины закаленного слоя -зак, заданного чертежом детали и рассчитывается по формуле:

f = 61022ток (8) где ток – глубина проникновения тока, (см), она равна 0,5 зак.

Полученное расчетное значение частоты увеличивается в большую сторону до стандартной промышленной частоты: 500, 1 000, 2 500,4 000, 000, 10 000, 66 000, 200 000, 440 000 Гц. Источником тока высокой частоты являются преобразователи (генераторы) машинные, ламповые, тиристорные.

Данные генераторы обеспечивают следующие значения частоты тока, Гц:

1. Тиристорные - 1 000, 2 400, 4 000;

2. Машинные - 500, 1 000, 2 400, 4 000, 8 000, 10 000;

3. Ламповые 66 000, 200 000, 440 000.

При отработке детали на технологичность проверяется правильность назначения глубины слоя закалки. Зависимость частоты тока от глубины может быть определена из табл. 11.

Таблица Влияние частоты тока на глубину слоя Частота тока, Глубина слоя, Гц мм 50 15- 1 000 3- 2 500 2 - 4 000 1,5- 8 000 1- 10 000 0,9-5, 70 00 0,3-2, 400 000 0,2-1, Для поверхностного нагрева мощность генератора – Nг, кВт определя ется по формуле:


Nг = N0S и тр к л, (9), где N0 - удельная мощность, кВт см2;

S – нагреваемая площадь поверхности изделия, см 2;

и, тр, к, л – к.п.д. индуктора, закалочного трансформатора, кон денсаторной батареи, линии электропередач соответственно, равны 0,75;

0,85;

0,97;

0,95.

9.3 Энергетические и термические параметры индукционного на грева Мощность генератора зависит от способа нагрева. Различают одновре менный, последовательный, непрерывно-последовательный нагрев. Одно временный нагрев выполняется сразу всей закаливаемой поверхности детали и требует высокой мощности установки. Последовательный нагрев ведется по частям – мощность установки средняя. При непрерывно - последователь ном нагреве применяются установки с минимальной мощностью, так как на гревается часть детали, охватываемая индуктором. С энергетической точки зрения индукционный нагрев характеризуется двумя параметрами: удельной мощностью - N0 и временем нагрева. Удельная мощность – мощность, пере ходящая в теплоту в 1см3 поверхности нагреваемой детали. Эта величина обуславливает скорость нагрева, и чем она выше, тем быстрее осуществляет ся нагрев. Контроль времени нагрева позволяет установить общее количество тепловой энергии, передаваемой детали, а значит температуру ее нагрева.

Для закалки ТВЧ применяется сравнительно высокая удельная мощ ность 0,5-2,0 кВт см2 и время нагрева 2-20 с. При этом скорость нагрева на ходится в пределах 30-300 °Сс. Для ориентировочного выбора удельной мощности и времени нагрева в виде номограмм построены зависимости (рис.

11) и составлена табл. 12 глубины слоя от температуры и частоты тока. Из представленных данных следует, что чем меньше закаленный слой детали, тем выше должна быть скорость нагрева, удельная мощность и частота тока.

Таблица Значения скорости нагрева и удельной мощности для различной глуби ны закаленного слоя Глубина слоя, Скорость нагрева, Удельная мощность, кВт см мм °Сс 1–2 100 -300 0,8 – 1, 3–5 20 – 80 0,5 – 1, 6 - 10 2 - 15 0,05 – 0, Температура нагрева при высокочастотной закалке зависит не только от химического состава стали (критические точки), но от исходной структу ры и скорости нагрева.

Рис. 11. Графики ориентировочного выбора удельной мощности и време ни нагрева в зависимости от требуемой глубины нагрева и температуры поверх ности стали: а – частота тока 10 кГц;

б – частота тока 4 кГц Наиболее узкий интервал оптимальных температур высокочастотной за калки имеют отожженные стали, средний присущ нормализованным издели ям, широкий – для улучшенных. Например, для стали 50 при скорости нагре ва 50 °Сс в отожженном состоянии интервал закалочных температур равен 950-1 020 °С, после нормализации он составляет 870-1010 °С, в улучшенном – 810-980 °С. Для выбора параметров нагрева при закалке т.в.ч. имеются диа граммы преимущественных режимов нагрева, предложенные Кидиным, оп ределяющие зависимости температуры нагрева под закалку и скорости на грева.

Выбор оптимальных режимов нагрева под закалку т.в.ч. проводят сле дующим образом. Устанавливают найденный расчетом режим, затем при по стоянных значениях электрических параметров (напряжение, ток) выполняют закалку на опытных изделиях при разной длительности нагрева. Металло графическим способом определяют глубину закаленного слоя и его механи ческие свойства (твердость) по глубине. В соответствии с требованиями чер тежа детали таким образом устанавливают время нагрева.

Контрольные вопросы 1. Перечислите способы поверхностного упрочнения термической об работкой.

2. При индукционном нагреве используются ток высокой частоты по тому, что.....;

ток низкого напряжения потому, что.....;

ток большой силы по тому, что......

3. Перечислите особенности закалки ТВЧ.

4. Мощность генератора зависит от способа нагрева, перечислите их.

5. Чем меньше глубина закаленного слоя, тем больше должны быть следующие параметры индукционного нагрева:......

6. Перечислите причины особенностей охлаждения при закалке с ин дукционного нагрева по сравнению с печным нагревом.

7. Перечислите причины возможности замены легированной стали на углеродистую при поверхностной закалке с индукционного нагрева.

Лекция 10. Особенности нагрева и охлаждения при обработке то ками высокой частоты (ТВЧ) План лекции 1. Особенности нагрева и охлаждения при обработке токами высокой частоты (ТВЧ) 2. Технология лазерной и электронно-лучевой обработки Охлаждение при поверхностной индукционной закалке может осуще ствляться разными методами: погружением в воду или масло, с помощью душирующих устройств потоком воды или эмульсии. Наилучшим способом считается охлаждение быстродвижущимся потоком воды или спрейерное.

Это связано с тем, что большая скорость охлаждения позволяет фиксировать в мартенсите наибольшее количество углерода, а после отпуска получать лучшее сочетание твердости, пластичности и прочности, чем при охлажде нии в более мягких средах. При этом обеспечивается отсутствие трещин при правильно выбранной среде закалки и конструкции закалочного устройства (спрейер), что подтверждается графической зависимостью (рис. 12).

Кроме того, применение спрейерного охлаждения обеспечи вает возможность использования до зированного времени охлаждения, что позволяет применять самоотпуск для деталей, закаленных этим мето дом. Оптимальная скорость движе ния воды относительно поверхности детали составляет 10-30 мс. Приме нение в качестве закалочных жидко стей водных растворов органических Рис. 12. Зависимость относитель и неорганических соединений не ре ного количества трещин от интен комендуется, так как приводит к сивности (скорости) охлаждения в интервале мартенситного превра- осаждению этих добавок на стенках щения ( 300-150 °С): 1 – сталь45;

2 спрейера и более быстрому выходу – 40Х;

3 – 40ХГРТ;

4 – 40ХНМА его из строя.

Поверхностно-закаленные детали подвергают, как правило, низкому отпуску при температуре 150-250 °С в электрических печах с наличием вен тиляторов с выдержкой 1,5-3,0 ч. Такой отпуск обеспечивает снятие закалоч ных напряжений повышение в 1,5-2,0 раза прочности закаленной стали, со храняет в поверхностных слоях остаточные напряжения сжатия и не приво дит к существенному снижению твердости.

В настоящее время получает распространение применение электроот пуска с использованием индукционного нагрева при температуре на 50- °С выше (200-350 °С), чем температура отпуска в печи, но за меньшее время (десятки секунд). Весьма эффективно применение самоотпуска, осуществ ляемого путем прерывания закалочного охлаждения, в момент, когда в по верхностных слоях уже произошло мартенситное превращение, а температу ра сердцевины еще существенно выше точки Мн. После прекращения охлаж дения поверхность детали нагревается за счет тепла оставшегося в глубин ных слоях и сердцевине, таким образом, происходит отпуск тонкого поверх ностного слоя. В виду кратковременности при самоотпуске необходимо при менять более высокие температуры, чем при отпуске в печи. Например, для стали 45 это превышение составляет 75-85 °С, для стали 40Х 50-65 °С.

График процесса индукционной закалки с самоотпуском представлен на рис. 13.

Время достижения поверхностью максимальной температуры самоот пуска чаще всего составляет 5-20 с. Это экономически выгодный процесс.

Технологически самоотпуск очень удобен, но его применение обосновано, если имеются быстродействующие краны открывания и закрывания водяного потока со временем срабатывания 0,1- 0,2 с.

Кроме того, необходимо обеспе чение устойчивости параметров нагрева под закалку для этого используется ав томатическая стабилизация электриче ских параметров индуктора и постоян ство режима охлаждения. Гораздо чаще Рис. 13. Осциллографическая запись самоотпуск используют для предот процесса индукционной закалки с са вращения образования закалочных моотпуском трещин. В этом случае длительность охлаждения выбирают таким образом, чтобы самоотпуск проходил при 100-150 °С. Затем проводится отпуск в пе чах по режиму, обеспечивающему требуемый уровень свойств изделий.

10.1 Технология лазерной и электронно-лучевой обработки В последние годы интенсивно развивается поверхностная термическая обработка деталей и инструмента с нагревом лазерами (оптические кванто вые генераторы), электронным лучом, электрической дугой. Все эти источ ники нагрева обеспечивают высокую концентрацию тепловой энергии на по верхности нагреваемых изделий с плотностью мощности не менее 103 Втсм и относятся к локальным. Сравнительные характеристики высококонцентри рованных электрических способов нагрева приведены в табл. 13.

Таблица Технико-экономические характеристики высококонцентрированных спосо бов нагрева Способ Плотность К.п.д. Глубина уп- Микротвер- Стоимость нагрева мощности, источника, рочненного дость слоя, оборудования, Втсм2 % слоя, мм ГПа тыс.руб 103- Т. в.ч. 90 1,0-10,0 ~8 1 000-23 108- Лазерный 10 ~0,7 ~12 1 500-15 102- Электрон. луч 90 ~0,5 ~12,5 1 500-15 104- Электрич. дуга 75 ~1,0 ~9 1,5- Вследствие высокой стоимости лазеров и электронно-лучевых устано вок, низкого к.п.д. лазеров не выше 10 %, малой глубины упрочнения и необ ходимости высокого технического уровня обслуживающего персонала их применение оправдано в следующих случаях:

1. Положением при поверхностном упрочнении отдельных труднодос тупных для обычных методов нагрева участков деталей (внутренних поясков, посадочных гнезд под подшипники) с целью повышения их износостойко сти;

2. Местное упрочнение поверхностей особо сложной конфигурации, коробление которых должно быть доведено до минимума;

3. Получение строго заданного профиля закаленного слоя, а также при малой поверхности обрабатываемой зоны по сравнению с поверхностью из делия;

4. Дополнительное повышение износостойкости и теплостойкости от дельных участков уже упрочненных деталей (рабочих поясков и кромок ре жущего и штампового инструмента);

5. Возможность замены высоколегированных дорогостоящих сталей и сплавов на более дешевые и недефицитные.


Лазерная обработка характеризуется высокой концентрацией мощно сти на поверхности и малой продолжительностью воздействия, измеряемой тысячными или десятыми долями секунды. Скорость нагрева достигает 106 – 107 °Сс. Глубина теплового воздействия до 0,7-0,8 мм, диаметр теплового по тока от лазерного луча на обрабатываемой поверхности составляет 1,5-5, мм. Нагрев может выполняться без оплавления или с оплавлением поверхно сти изделия. Охлаждение происходит за счет отвода тепла в о внутренние хо лодные слои металла. Скорость охлаждения при этом может достигать 6 -7 000 °Сс, но при условии, что толщина детали должна быть не менее, чем в четыре раза больше глубины закаленного слоя. Закалка выполняется поло сами, по мере перемещения лазерного пятна по поверхности закаливаемого изделия. Достоинством такой обработки является отсутствие дополнитель ных устройств и сред для охлаждения при закалке.

В результате лазерной закалки на поверхности образуется мелкоиголь чатый или бесструктурный мартенсит с повышенной твердостью, износо стойкостью с остаточным аустенитом. Мартенсит имеет ярко выраженную химическую неоднородность из-за низкой доли секунд выдержки, поэтому микротвердость поверхности имеет значительный разброс. Так, на стали после лазерной обработки микротвердость изменяется от 6 до 13 ГПа.

Перед обработкой на изделия наносятся покрытия (фосфидные, оксид ные) для увеличения поглощающей способности тепла деталью. При гладкой блестящей поверхности изделия от нее отражается 80-90 % лазерного излу чения, что создает опасность поражения отраженными лучами глаз рабо тающих. Такая закалка применяется в массовом и крупносерийном производ стве, когда обрабатывается значительное число однотипных деталей по од ной технологической схеме. Это, как правило, заводы автомобильного и сельскохозяйственного машиностроения. Например, детали коробки диффе ренциала заднего моста, раздаточной коробки автомобиля, седла клапана га зового распределителя, детали плунжера и т.д. Обработка лазером увеличи вает их долговечность в 6-10 раз.

При электронно-лучевой обработке в основе нагрева лежит переход потенциальной энергии быстро движущихся электронов в тепловую при встрече их с поверхностью нагреваемого изделия. Электронный пучок может быть не только в виде пятна, но в виде полосы Диапазон плотности мощно сти находится в более широком интервале, чем при лазерном нагреве (см.

табл. 13). Основным отличием в оборудовании для электронно-лучевой об работки является необходимость создания и поддержания вакуума в рабочей камере. Для этого необходимо применение более герметичных нагреватель ных устройств, использование вакуумного оборудования. Разряжение долж но составлять 10-2-10-3 МПа, такой вакуум и обеспечивает повышение к.п.д.

электронно-лучевых установок по сравнению с лазерными до 90%.

Данный вид термической обработки также как и лазерная закалка при меняется в массовом и крупносерийном производстве для рекристаллизаци онного отжига ленты, отжиг электротехнических сталей в потоке прокатных станов, контурная закалка зубьев мелких шестерен, закалка пазов сложного сечения.

Закалка с нагревом электрической дугой разработана и предложена к использованию работниками Сибирского государственного аэрокосмическо го университета им. М.Ф. Решетнева [ ]. Для этого разработана эксперимен тальная установка, основные элементы которой при ведены на схеме (рис.

14).

Рис. 14. Схема электродугового нагрева при закалке: 1,2 – источник питания;

3 – сварочная горелка;

4 – сканирующая система;

5,6 – электродвигатель;

7 – рабочий стол;

– ротаметр;

9 – манипулятор;

10 – нагреваемое изделие;

11 – защитный кожух Технологическими параметрами обработки являются: сила тока равная 100-200 А, напряжение 35 В, скорость перемещения электрической дуги от носительно нагреваемой поверхности 0,005-0,18 мс. Катодом являлись не плавящиеся вольфрамовый или графитовый электрод. Дл повышения ста бильности горения электрической дуги, уменьшения диаметра пятна нагрева и защиты электрода и обрабатываемого участка от окисления нагрев прово дили в среде инертного газа – аргона. Обрабатываемая поверхность нагрева ется полосами, ширина которых равна ~15 мм.

При использовании графитового электрода наблюдается науглерожи вание поверхности изделий, что подтверждено исследованиями, выполнен ными на стали 20. Установлено, что сталь 20 после нагрева с использованием вольфрамового электрода имеет твердость поверхности 5,3-5,0 ГПа глубиной около 0,2 мм, а применение графитового электрода позволило повысить мик ротвердость поверхности до 6 ГПа, при этом глубина слоя составляла ~0, мм. Закалка с нагревом электрической дугой позволяет повысить износо стойкость стальных изделий в 2-6 раз, коррозионную стойкость в ~1,5 раза.

Контрольные вопросы 1. Укажите способ и параметры поверхностной термообработки, при которой нагрев производится до оплавления поверхности.

2. Укажите способ и параметры локальной поверхностной термообра ботки узких пазов сложной геометрической формы.

3. Перечислите основные технологические параметры ВТМПО при обработке цилиндрических деталей.

4. Перечислите факторы, ограничивающие применение самоотпуска при закалке с индукционного нагрева, и укажите причины ограничения.

5. Укажите возможные причины получения пониженной твердости по сле закалки с индукционного нагрева и самоотпуска.

6. Укажите достоинства и недостатки лазерной обработки.

Лекция 11. Технология упрочнения поверхности изделий обра боткой давлением План лекции 1. Технология упрочнения поверхности изделий обработкой давлением 2. Окисление и обезуглероживание стали при термической обработке 3. Среды для нагрева Способами упрочнения поверхности обработкой давлением являются:

1. Высокотемпературная термомеханическая обработка поверхност ных слоев (ВТМОП);

2. ВТМОП + холодная деформация обкаткой;

3. Холодная деформация + ВТМОП;

4. Холодная деформация + ВТМОП + холодная деформация;

5. Наклеп дробью.

Из пяти названных схем обработки на практике чаще всего применяет ся первая и пятая, которые и рассмотрим более подробно.

ВТМОП выполняется чаще всего после предварительной термической обработки деталей, значительно повышает их сопротивление контактно усталостным нагрузкам, а также износостойкость. В результате ВТМОП в наиболее напряженных поверхностных слоях детали создаются напряжения сжатия, достигается оптимальное сочетание прочности и пластичности, воз никает благоприятное распределение остаточных напряжений. При ВТМОП на поверхности детали образуется мартенсит, наследующий тонкое строение деформированного субзеренного аустенита. Схема установки для ВТМОП представлена на рис. 15.

Такую обработку проходят валки ста нов холодной прокатки из стали 9Х, кото рые имеют следующие размеры: диаметр 10-38 мм длина ~1 200мм. Нагрев выполня ется токами высокой частоты от машинного генератора до температуры ~960 °С, затем деформация обкатными роликами и закалка.

Скорость перемещения валка в установке составляет 180 м мин, частота вращения обмин. После такой обработки сопротивле ние валков контактно-усталостному выкра шиванию повышается в среднем на 40%.

Рис. 15. Схема устройства для не- ВТМОП проходят пальцы звеньев гу прерывно-последовательной сениц из стали 50, коленчатые валы, что ВТМОП: 1 - основание;

2 – рабо увеличивает их износостойкость на 35-40%.

чий стол;

3 – нагреваемое изделие;

4 – индуктор;

5 – трансформатор;

6 Это связано с более высокими (1,5-2,0 раза) сжимающими напряжениями на поверхно – охлаждающее приспособление (спрейер);

7 – деформирующий ро- сти изделий по сравнению с закалкой после лик нагрева т.в.ч. Пальцы элеваторных полотен картофелеуборочных комбайнов, изготовленные из сталей 65Г или 60С2, также подвергаются ВТМОП. После такой обработки они имеют износостой кость в 1,3-1,5 раза выше, чем цементованные из стали 20. Эффект термоме ханического упрочнения в изделиях сохраняется до температур нагрева ~ °С, при длительном воздействии до 200-250 °С.

Наклеп дробью является другим широко применяемым в промышлен ности методом поверхностного упрочнения. Этот способ, также как и ВТМОП, позволяет создать на поверхности обрабатываемых изделий напря жения сжатия. Чаще всего этим методом упрочняют поверхности рессор и пружин, что повышает их долговечность в 2-3 раза за счет снижения напря жений растяжения в наружных волокнах.

При наклепе дробью необходимо поддерживать следующие технологи ческие параметры:

1. Дробь стальная или чугунная диаметром 0,6-0,8 мм;

2. Скорость потока дроби 40-80 мс;

3. Расход дроби 80-100 кгмин;

4. Время обработки 1-2 мин.

Кроме того, оговаривается расстояние сопла дробемета до обрабаты ваемой детали, угол потока дроби к упрочняемой поверхности.

11.1 Окисление и обезуглероживание стали при термической об работке При нагреве стальных изделий в печах в результате контакта с рабочей средой происходит обезуглероживание и окисление поверхности. В практике термической обработки стальных деталей используются следующие рабочие среды:

1. Обезуглероживающие, имеющие в составе кислород – О2, углекис лый газ – СО2, пары воды – Н2О, влажный водород – Н2;

2. Окисляющие, содержащие кислород – О2, углекислый газ – СО2, па ры воды – Н2О, сернистый ангидрит – SO2;

3. Восстанавливающие – водород – Н2, угарный газ – СО, метан – СН4;

4. Науглероживающие - угарный газ – СО, метан – СН4;

5. Нейтральные – аргон – Ar, гелий - He, осушенный азот - N2, вакуум.

Обезуглероживание стали – это процесс уменьшения содержания уг лерода в поверхностных слоях. Он приводит к изменению механических свойств, склонности к образованию трещин, короблению, малой сопротив ляемости статическим нагрузкам и низкому пределу усталости. Обезулеро живанию способствуют кислород – О2, углекислый газ – СО2, пары воды – Н2О, влажный водород – Н2. В процессе обезуглероживания происходят сле дующие реакции:

Fe3C + H2O 3 Fe + CO + H2, Fe3C + CO2 3 Fe + 2 CO, Fe3C + 2 H2 3 Fe + CH4, 2 Fe3C + O2 6 Fe + 2 CO.

Обычно обезуглероживание предшествует окислению.

Окисление стали происходит тем интенсивнее, чем выше температура нагрева стальных изделий. Основными газами окислителями являются ки слород, углекислый газ, пары воды. Процесс окисления состоит в химиче ском взаимодействии металла с газами печи, причем кислород окисляет сталь даже при весьма малом его содержании в рабочей камере печи. При этом происходят следующие реакции, все они идут с выделением тепла – Q:

2 Fe + O2 2 FeO + Q образуется окисел железа - вюстит;

3 Fe + 2 O2 Fe3O4 + Q – магнетит, 4 Fe + 3 O2 2 Fe2O3 + Q – гематит.

Окислы магнетит и гематит образуются уже при 20 °С, а вюстит при температуре более 570 °С.

При взаимодействии газов с металлами важно не абсолютное количе ство газов окислителей, а соотношение газов СО2 СО и Н2О Н2. Окисление усиливается при появлении в окалине вюстита. При температурах выше °С на поверхности стальных изделий будут происходить и следующие реак ции окисления железа:

Fe + CO2 FeO + CO (1) Fe + H2O Fe O+ H2 (2).

Константы равновесия реакций взаимодействия:

для первой реакции Кр1 = РСО2 РСО, для второй - Кр2 = Р Н2О Р Н2, где РСО2, РСО, Р Н2О, Р Н2 – парциальное давление соответственно СО2, СО, Н2О и Н2.

Парциальное давление i – того компонента газовой смеси может быть вычислено по формуле:

РI = ViP 100 [ Па ], где Р – внешнее давление рабочей среды в печи (агрегате), Па;

Vi – объемное содержание i– того компонента в среде нагрева.

Кривые равновесия этих реак ций над поверхностью стали в зави симости от температуры приведены на рис. 16, из которого следует, что в атмосфере Н2О-Н2 окисление активно развивается при низких температу рах, то есть в момент охлаждения из делий, а в атмосфере С2О-СО – при высоких. Результатом окисления ста ли является образование окалины на поверхности изделий, а это невоз Рис. 16. Кривые равновесия реакции:

вратные потери их веса. Окислению 1 – Fe + CO2 FeO + CO;

стали всегда предшествует обезугле 2 – Fe + H2O Fe O+ H роживание ее поверхности.

11.2 Выбор защитной атмосферы для нагрева стали Для предохранения стали от отрицательного влияния печных газов в рабочее пространство печей или агрегатов вводят защитную или контроли руемую атмосферу (среду). Состав такой среды должен быть нейтральным по отношению к поверхности стального изделия, то есть процессы обезуглеро живания и окисления практически будут отсутствовать. Физико-химическая сущность процессов взаимодействия контролируемых атмосфер с металлами определяется в основном термодинамическими и частично кинетическими закономерностями.

При выборе состава защитной атмосферы определяющим является соз дание таких условий взаимодействия газов, при которых термодинамически возможен только процесс восстановления окислов. Задача, таким образом, сводится к определению равновесного состава контролируемых атмосфер в зависимости от температуры нагрева и нахождению условий окисления и восстановления окислов.

Решение указанной задачи выполняется путем определения термоди намической функции – свободной энтальпии образования окислов (энергии Гиббса), константы равновесия - Кр реакций взаимодействия и построения кривых (диаграмм) их температурной зависимости (Кр - Т).Система находит ся в равновесии, если энергия Гиббса равна нулю, а Кр = 1 (lg Кр = 0). В прак тике применения защитных атмосфер с металлами имеют значение в основ ном две газовые системы:

1. Первая - Н2 – Н2О – Ме – МеО;

2. Вторая – СО – СО2 – Ме – МеО.

Следовательно, основными реакциями взаимодействия защитных ат мосфер с металлами и сплавами являются те же процессы, что и при окисле нии стали, то есть реакции 1 и 2.

По диаграммам равновесия контролируемые атмосферы в зависимости от температуры могут иметь положительный или отрицательный потенциал окислительный или восстановительный. Потенциал определяется величиной разности между логарифмом объемного ссодержания газа восстановителя и логарифмом объемного содержания газа окислителя. Например, для атмо сферы водород – пары воды (реакция 2) потенциалом является разность lg PH2 - lg PH2O.

Для выбора конкретного типа защитной среды при нагреве сталей до заданной температуры определяют условия равновесия, то есть рассчитыва ется константа равновесия, как объемное содержание газов в атмосфере. Для того чтобы атмосфера была защитной это отношение должно быть больше или равно константе равновесия. Кроме того, чтобы среда была защитной, необходимо иметь ее углеродный потенциал (насыщающая способность по углероду) соответствующий содержанию углерода в стали. Например, значе ние углеродного потенциала атмосферы при данной температуре составляет 0,6% С, то низкоуглеродистая сталь будет при этом науглероживаться, а вы сокоуглеродистая – обезуглероживаться в пределе до этого содержания угле рода. Для стали с содержанием углерода 0,6% С эта среда нагрева будет яв ляться нейтральной.

Состав газовых сред в печах, как правило, отличается от состава пода ваемых в печь атмосфер. Это связано с влиянием кладки (насыщение кладки воздухом при остановках печи), попадания воздуха из-за негерметичности ее рабочего пространства, а также при загрузке и выгрузке деталей. Поэтому на практике чаще всего применяют экспериментальные данные по составу ат мосфер, которые привязаны к конкретным производственным процессам (тип печи, марка стали, вид термообработки). Атмосферу при этом характеризуют каким-то одним параметром, который однозначно определяет характер ее воздействия на нагреваемую сталь. Таким параметром выбирается характе ристика, которую можно точно измерить и использовать в обратной связи в системе автоматического регулирования, это, как правило, содержание паров воды (температура точки росы) или двуокиси углерода. Концентрация этих компонентов определяет состав атмосферы и по остальным активным газам, а, следовательно, и сущность самого процесса взаимодействия среды со ста лью.

При выборе состава защитной или нейтральной среды нагрева кроме состава необходимо учитывать температуру процесса. Атмосферы, содержа щие свыше 4% горючих компонентов (окиси углерода, водорода) взрыво опасны, и их можно использовать только при температурах не ниже 760 °С.

При более низких температурах в печи может образоваться гремучая смесь и достаточно искры, чтобы вызвать взрыв. Атмосферы с суммарным содержа нием горючих газов меньше 4% безопасны при любых температурах и коли чествах воздуха в смеси и поэтому их можно применять и для низкотемпера турных видов термической обработки (отпуск стали).

Контрольные вопросы 1. Основной способ предупреждения окисления и обезуглероживания деталей – применение защитных атмосфер. Укажите типы атмосфер, исполь зуемых при температурах 850, 550 и 250 С.

2. Приведите классификацию контролируемых атмосфер. Укажите, ка кими параметрами они характеризуются.

3. Контролируемые атмосферы. Укажите, в основе какого процесса лежит реакция водяного пара, напишите эту реакцию.

4. Защитные атмосферы. Перечислите исходные данные и последова тельность выбора атмосферы.

5. После закалки деталей с нагревом и выдержкой в защитной атмо сфере образовалась окалина. Укажите возможные причины этого явления и меры предупреждения.

Лекция 12. Технология цементации и нитроцементации с после дующей термообработкой зубчатых колес. Ионная цементация. Техноло гия газового азотирования (червячные пары, инструмент, детали стан ко- и энергомашиностроения). Ионное азотирование План лекции 1. Технология цементации и нитроцементации с последующей термооб работкой зубчатых колес 2. Ионная цементация 3. Технология газового азотирования (червячные пары, инструмент, де тали станко- и энергомашиностроения) 4. Ионное азотирование На основании термодинамических закономерностей, экономических соображений, условий безопасной работы в практике термической обработки широко применяются следующие контролируемые и насыщающие атмосфе ры: эндотермические, экзотермические, аммиак диссоциированный, пары уг леводородных жидкостей. Кратко рассмотрим получение, состав и назначе ние этих атмосфер.

Эндотермическая атмосфера (эндогаз) получают при частичном сжи гании природного газа (метан – СН4) или жидких углеводородных смесей при коэффициенте расхода воздуха = 0,25-0,28. Процесс осуществляется в генераторах с расходом тепла при температуре 1 050-1 100 °С с применением специальных катализаторов. При этом предварительно природный газ очи щается от сернистого ангидрида, путем пропускания газа через вещества, по глощающие серу. Таким веществом является водный раствор моноэтанола мина. Получаемый состав защитной среды можно регулировать в сравни тельно широких пределах: 18-25% СО, 37-46% Н2, менее 1-3% СН4 и СО, 0,1 2,3% Н2О, остальное N2. Температура точки росы может быть получена в пределах от +20 до –20 °С. Атмосфера взрывоопасна при температурах менее 600 °С, поэтому ее применяют для нагрева под закалку и отжиг средне- и вы сокоуглеродистых, легированных сталей.

Экзотермическая атмосфера (экзогаз) изготавливается также как и эндогаз при сжигании углеводородного сырья. При этом коэффициент расхо да воздуха выше и равен = 0,45-0,95. Ввиду более полного сжигания угле водородов экзогаз по сравнению с эндотермической атмосферой содержит более высокие концентрации паров Н2О и СО2. Это определяет низкий угле родный потенциал экзогаза и делает его пригодным только при высокотем пературных нагревах малоуглеродистых сталей или для низкотемпературно го нагрева ниже 700 °С любых сталей.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.