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 | 2 || 4 | 5 |

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

-- [ Страница 3 ] --

Для повышения углеродного потенциала экзотермическую атмосферу очищают от паров воды. Осушка выполняется путем пропускания защитной среды через холодильник охлаждаемый водой при этом содержание влаги в атмосфере составляет 2,3%, температура точки росы +20 °С. При пропуска нии среды через холодильную установку путем дополнительной конденсации влаги ее содержание снижается до 0,7%, а точка росы равна +2 °С. Если ат мосферу осушивать путем пропускания через селикогель или алюмогель, то содержание Н2О составит 0,01%. Точка росы после такой осушки равна ми нус 40 °С. Состав экзогаза можно варьировать путем регулирования коэффи циента расхода воздуха в пределах: 0,2-12% СО, 0,1-12% СО2, 1,5-20% Н2, менее 1,5% СН4, остальное N2.

Эндо- и экзотермические атмосферы, содержащие в своем составе СО и СО2, нельзя применять для нагрева сталей с высоким содержанием хрома марганца, титана из-за внутреннего окисления легирующих элементов. Обез углероживающее действие водорода можно нейтрализовать, вводя в газ ме тан-СН4. Для низкоуглеродистой стали с содержанием углерода менее 0,2% при температуре 900 °С и 99,5% водорода в атмосферу достаточно ввести только 0,5% СН4. При наличии влаги концентрация метана должна быть рез ко увеличена. Так, если в газе содержится 0,6% паров воды, то для сталей с 0,2 и 0,3% С концентрацию метана надо повысить соответственно до 2,5 и 8, %. Поэтому основным путем снижения обезуглероживания является умень шение влаги в защитной атмосфере.

Насыщающие газовые среды для химико-термической обработки полу чают чаще всего на основе эндогаза. Так для цементации в эндотермическую атмосферу добавляется 10-15 % СН4;

для нитроцементации в эндогаз вводит ся ~5% СН4 и 5-20% NH3. Более высокое содержание метана в газовой смеси вызывает образование сажи на насыщаемых изделиях, что снижает качество и активность насыщения.

Контролируемые атмосферы из аммиака – NH3 изготавливают путем его диссоциации на азот и водород при температуре 600-700 °С в присутст вии катализаторов. Смесь содержит до 75 % Н2. Снижение взрывоопасности достигается дожиганием водорода в смеси с воздухом при 900-1 000 °С. За тем выполняется осушка и очистка от кислорода. Такая атмосфера применя ется для безокислительного нагрева высокохромистых сталей и отжига стальной ленты при температурах 620-1 000 °С. Кроме того диссоциирован ный аммиак при степени диссоциации 20-40 % применяется как насыщаю щая среда при азотированннии при этом к такой атмосфере для регулирова ния азотного потенциала среды добавляется азот или аргон. На практике применяются такие составы: 20% NH3 + 80% N2 или 94-99% NH3 + 6-1% O2.

Многие защитные и насыщающие газовые среды для своего приготов ления требуют применения специальных установок, которые часто являются взрывоопасными, поэтому их применение экономически оправдано в массо вом и крупносерийном производстве. В единичном и мелкосерийном произ водстве в качестве насыщающей среды при химико-термической обработке применяется цементация в твердом карбюризаторе или с использованием жидких углеводородов. В качестве углеводородного сырья нашли примене ние: бензол, пиробензол, керосин, синтин, которые подаются в нагретую печь с помощью капельниц. Количеством подаваемых в печь капель регулируется углеродный потенциал насыщающей среды. Следует отметить, что мини мальное количество сажи на изделиях образуется при использовании синти на, максимальное с применением бензола. При проведении нитроцементации в качестве насыщающей среды используется триэтаноламин, подаваемый в печь также каплями.

При работе с защитными и насыщающими атмосферами необходимо соблюдение следующих основных правил техники безопасности:

1. Обеспечение герметичности рабочего пространства печей и агрега тов;

2. Строгое выполнение правил подачи и удаления атмосферы из рабо чего пространства, следует помнить, что наиболее опасны моменты пуска и удаления атмосферы, а также аварийные ситуации;

3. Организация вентиляции и местных отсосов при повышенной зага зованности;

4. Использование контрольно-сигнализационной аппаратуры и предо хранительных устройств;

5. Обучение персонала и проверка знаний по выполнению правил и инструкций по работе оборудования и требований техники безопасности при работе с взрывоопасными и токсичными атмосферами.

Контрольные вопросы 1. Перечислите насыщающие атмосферы для ХТО, их состав 2. Контролируемые атмосферы.

3. Укажите исходные данные и последовательность выбора защитной атмосферы.

4. Эндотермическая, экзотермическая атмосферы, получение и назна чение этих атмосфер.

РАЗДЕЛ 3. ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ Основной продукцией металлургических предприятий являются слит ки, сортовой и листовой прокат, трубы, проволока. Рассмотрим маршрутные технологии получения наиболее сложных и металлоемких заготовок, место, способы их термической обработки. В первую очередь к таким изделиям от носятся железнодорожные рельсы.

Лекция 13. Технология предварительной термической обработки железнодорожных рельсов План лекции 1. Условия эксплуатации и требования, предъявляемые к сталям для производства рельсов 2. Рельсовые стали Маршрутная технология получения железнодорожных рельсов вклю чает следующие операции: приготовление рельсовой стали и литье слитков нагрев их в колодцах до 1 200-1 295 °С, прокатка на блюминге. Блюмы на гревают в печах до температуры 1 200-1 250 °С для прокатки на рельсоба лочном стане. Слитки, полученные методом непрерывного литья, без обжа тий на блюминге прокатываются в рельсы. Температура конца прокатки рельсов должна быть не выше 1 050 °С, раскат разрезается в меру 25. м на пилах горячей резки.

Затем рельсы проходят противофлокеновую термическую обработку, холодную правку в роликоправильной машине и штемпельных прессах, ме ханическую обработку. Механическая обработка включает фрезерование торцов рельсов, сверление болтовых отверстий для скрепления их накладка ми при монтаже рельсового пути. После приемки рельсы первого сорта под вергают термической обработке по всей длине по различным технологиче ским схемам. Следует отметить, что на заводах России и Украины преду смотрено термическое упрочнение концов рельсов.

13.1 Условия эксплуатации и требования, предъявляемые к сталям для производства рельсов Рельсы являются основным элементом строения железнодорожного пути, который в России составляет ~10% от мировой протяженности желез ных дорог. По этому пути перевозится до ~40% от мирового грузооборота по железной дороге. Следовательно, Российские железные дороги отличаются высокой интенсивностью движения поездов, как пассажирских, так и боль шегрузных товарных. Грузонапряженность на отечественных железных до рогах в 5 раз выше, чем на дорогах США, и в 8-12 раз больше, чем на дорогах стран Европы, где основные перевозки выполняются автомобильным транс портом.

Статическая нагрузка на оси локомотивов доходит до 250-270 кН, на оси вагонов – до 230-250 кН, скорость движения превышает 100 км ч. Высо кая грузонапряженность, большие нагрузки на оси, растущие скорости дви жения и массы поездов определяют условия работы рельсов. При движении поезда рельсы испытывают знакопеременные изгибающие напряжения, до ходящие до 240 МПа, высокие удельные контактные давления до 240 МПа, на стыках двух рельс наблюдаются ударные нагрузки при качении колес. Ве личина проскальзывания колес на кривых участках пути составляет 2-3 %.

Так как железнодорожный транспорт относится к категории опасного, то все дефекты и повреждения рельсов, возникающие при их эксплуатации, классифицированы Всероссийским научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) на девять групп. Классификация выполнена в привязке к основным элементам рельса (рис. 17).

Первая группа – отслоения и выкрашивание металла на поверхности катания головки рельса.

Вторая группа – поперечные трещины в го ловке рельса и изломы из-за них.

Третья группа – продольные трещины в го ловке рельса.

Четвертая группа – смятие и неравномерный износ головки.

Рис. 17. Элементы же Пятая группа – дефекты и повреждения шей лезнодорожного рель ки.

са: 1 – подошва;

2 – шейка;

3 - головка Шестая группа – дефекты и повреждения по дошвы.

Седьмая группа – изломы рельса по всему сечению (кроме излома по второй группе).

Восьмая группа – изгибы рельсов.

Девятая группа - прочие дефекты.

Основным видом разрушения рельсов при эксплуатации является кон тактно-усталостные повреждения (рис. 18).

Рис. 18. Контактно-усталостные повреждения рельсов:

а – внутренняя продольная трещина в головке;

б – вы щербина головки на поверхности катания;

в – попереч ная усталостная трещина головки На первой стадии образуется внутренняя продольная трещина в голов ке на глубине 3-9 мм от поверхности катания. Затем возникает выщербина или переход продольной трещины в поперечную. Постепенный переход по перечной усталостной трещины вглубь головки приводит к хрупкому долому всего рельса. Анализ работы рельсов, природы основных видов разрушения показал, что конструктивная прочность рельсовой стали определяется кон тактно-усталостной прочностью, живучестью и вязкостью разрушения.

В прошлом работоспособность рельсов повышали за счет их утяжеле ния, повышения содержания углерода в рельсовой стали, уменьшения исход ной металлургической загрязненности и других мероприятий. Перспектив ными направлениями повышения долговечности в настоящее время являются уменьшение загрязненности рельсовой стали неметаллическими включения ми, совершенствования профиля рельса, повышения прочности рельсовой стали путем микролегирования и применения термической обработки. Наи более эффективным способом из перечисленных направлений является тер мическое упрочнение рельсов по всей длине, которое позволяет повысить их эксплуатационную стойкость в 1,5 раза.

13.2 Рельсовые стали В России и на Украине рельсы тяжелых типов (Р75, Р65 и Р50) длиной 25 м изготавливают из высокоуглеродистых сталей с повышенным содержа нием марганца (табл. 14). Цифры после буквы "Р" в маркировке рельсов ука зывают массу 1 м в килограммах. Примерно такое же содержание углерода характерно и для рельсовых сталей зарубежных стран. Выплавка рельсовых сталей как у нас в стране, так и за рубежом ведется в мартеновских печах или в конверторах. Разливка слитков выполняется или на машинах непрерывного литья заготовок или в изложницы.

Таблица Химический состав рельсовых сталей, % ГОСТ 24182- Тип Марка С Мn Si не более рельсов стали P S As Р75, Р65 М76 0,71-0,82 0,75-1,05 0,18-0,40 0,035 0,045 0, Р50 М74 0,69-0,80 0,75-1,05 0,18-0,40 0,035 0,045 0, В горячекатаном состоянии величина зерна в рельсовой стали соответ ствует 2-3 баллу по ГОСТ 5639-60, после термообработки с фазовой перекри сталлизацией она составляет 7-8 балл. Структура стали в горячекатаном со стоянии представляет сорбитообразный перлит с тонкими выделениями фер рита. Прокаливаемость рельсовых сталей не велика и составляет 4 – 6мм при определении ее методом торцевой закалки (ГОСТ 5657-69). Схема техноло гического процесса производства рельсов на двух отчественных заводах:

Кузнецкий металлургический комбинат (КМК) и Нижнетагильский метал лургический комбинат (НТМК), а также на заводе "Азовсталь" (Украина) представлена на рис. 19.

Из схемы следует, что при производстве рельсов применяется три вида термической обработки:

1. Противофлокеновая термическая обработка;

2. Термическое упрочнение концов;

3. Термическое упрочнение по всей длине.

Контрольные вопросы 1. Перечислите нагрузки и воздействия, которые испытывают желез нодорожные колеса при эксплуатации.

2.Укажите основной легирующий элемент в рельсовых сталях. Пере числите достоинства и недостатки такого легирования.

3. Укажите используемые для железнодорожных колес стали и их при меняемость.

4. В России и на Украине выпускают рельсы тяжелых типов – Р75, Р и Р50, расшифруйте их.

5. Перечислите основные виды термической обработки применяемые при производстве рельсов.

Лекция 14. Технология окончательной термической обработки же лезнодорожных рельсов. Противофлокеновая термическая обработка План лекции 1. Закалка концов рельсов 2. Термическая обработка рельсов по всей длине 3. Достоинства и недостатки различных технологических схем термоуп рочнения рельсов. Перспективы развития Рельсовая сталь после разливки и прокатки содержит 5-9 см3 на 100г металла водорода и является флокеночувствительной. При охлаждении на воздухе после прокатки в центральной части головки рельса могут возник нуть мелкие внутренние трещины, от которых при работе рельса развиваются поперечные усталостные трещины, приводящие к полному его разрушению.

Образованию флокенов способствуют две причины повышенное содержание водорода и наличие структурных напряжений. При резком уменьшении рас творимости атомарного водорода в -железе в процессе охлаждения при фа зовом переходе он выделяется в микропустотах, образуя флокены.

Для предупреждения образования флокенов необходимо удалить ос новную часть водорода из расплава путем вакуумирования или противофло кеновой термической обработкой. В рельсопрокатных цехах проводится та кая обработка либо путем замедленного охлаждения с прокатного нагрева (заводы КМК и "Азовсталь"), либо с помощью изотермической выдержки в печах (НТМК). Оба процесса понижают содержание водорода в стали до ~2,0см3 100 г металла, что гарантирует отсутствие флокенов в рельсах.

Технология противофлокеновой термической обработки. Замедленное охлаждение или изотермическую выдержку необходимо осуществлять после завершения превращения, так как при этом резко снижается раствори мость водорода в металле.

Избыточный водород, выделившийся из -твердого раствора, удаляется путем диффузии в окружающую среду. Замедленное охлаждение после про катки осуществляется в футерованных коробах или колодцах.

Основными параметрами такого отжига является температура рельсов при загрузке их в короба, начальная температура в коробе и продолжитель ность замедленного охлаждения, при этом необходимо поддерживать сле дующие параметры:

минимальная температура трех нижних и крайних рядов рельсов перед загрузкой в колодец – 530 °С;

минимальная температура остальных рельсов – 500 °С;

продолжительность загрузки одного пакета – 3-4 мин;

продолжительность выдержки с закрытой крышкой – 7-10 ч;

минимальная температура перед открытием крышки – 150 °С;

время выдержки в коробе после открытия крышки – 1,5-2,0 ч.

Недостатком технологии противофлокенового отжига в колодцах явля ется неравномерность охлаждения рельсов по объему садки, а также значи тельное его время, что требует больших производственных площадей участ ков отжига. Достоинством такой технологической схемы является простота ее выполнения, отсутствие дополнительных энергетических затрат, эконо мичность процесса.

КМК НТМК “Азовсталь” Выплавка чугуна в доменных печах Производство стали в мартеновских печах Разливка стали в слитки Нагрев слитков в нагревательных колодцах Прокатка слитков на блюминге Нагрев блюмов в методических или камерных печах Прокатка блюмов на рельсобалочном стане, разрезка рельсовой полосы Закалка концов рельсов с прокатного нагрева Замедленное охлаждение в Изотермическая выдержка в Замедленное охлаждение в коробах печах колодцах Холодная правка на роликоправильных машинах и штемпельных прессах Фрезерование торцов и сверление болтовых отверстий Закалка концов рельсов с индукционного нагрева Приемка термически не упрочненных рельсов Нагрев рельсов под закалку в печи Холодная правка на роликоправильных машинах и прессах Объемная закалка в масле Приемка термически упрочненных рельсов Отпуск в печи Рис. 19. Схемы технологических процессов производства железнодорожных рельсов на различных заводах При изотермическом отжиге охлажденные до 400-500 °С с температу ры прокатки рельсы собираются в пакеты и передаются в печь, нагретую до 600 °С, где они непрерывно перемещаются с постоянной скоростью Время нахождения их в печи 2 ч. Ширина печи 26,5 м равна длине рельса, длина – 13 м. Печи снабжены цепными конвейерами и встроены в поток прокатного стана, поэтому не требуется времени на крановую их загрузку и выгрузку, производительность составляет 200-220 тч. Температурные параметры от жига в печи поддерживаются автоматически. Недостатком этого способа устранения флокенов явяляется некоторое разупрочнение рельсов, происхо дящее при изотермической выдержке. В связи с этим горячекатаные рельсы производства НТМК уступают по прочностным характеристикам рельсам других заводов. Преимущество данной технологии надежность устранения флокенов, высокая производительность автоматизированного поточного процесса термической обработки, исключающая ручные и крановые опера ции.

После отжига рельсы проходят правку отделочные операции и кон троль. Рельсы первого сорта поступают на упрочняющую термическую обра ботку. Окончательную термическую обработку рельсов проводят по двум ос новным вариантам: объемная закалка в масле (НТМК и КМК) и поверхност ная закалка головки рельса с нагревом т.в.ч. по всей длине (завод "Азов сталь").

Контроль качества противофлокенового отжига выполняется для ста лей каждой плавки. Для этого от головного рельса на пилах горячей резки отрезают пробу длиной 200-250 мм. В зависимости от технологической схе мы отжига охлаждение пробы проводится с различной скоростью. На НТМК и КМК горячие пробы охлаждают на спокойном воздухе, а на заводе "Азов сталь" пробы охлаждают ускоренно струей воздуха от вентилятора. Наличие флокенов определяют ультразвуковым контролем и металлографически.

14.1 Закалка концов рельсов Закалка концов рельсов выполняется на всех заводах, выпускающих данную продукцию. Концы рельсов воспринимают наибольшую динамиче скую нагрузку от колес подвижного состава, вследствие чего они быстрее сминаются, выкрашиваются и разрушаются в результате образования дефек тов при эксплуатации. Для предотвращения преждевременного выхода рель сов из строя проводится упрочняющая термическая обработка концов рель сов. Этот способ упрочнения используется для рельсов, не подвергающихся термической обработке по всей длине.

По действующим стандартам на рельсы предусматривается закалка концов головок рельсов на длине не более 80 мм. При этом должна быть вы держана глубина закаленного слоя не менее 4 мм с твердость более НВ 300.

Структура закаленного слоя должна постепенно переходить к структуре сердцевины как по поперечному сечению, так и по поверхности катания и иметь форму представленную на рис. 20, а также не иметь зон перегрева.

На предприятиях, вы пускающих рельсы, упрочне ние концов выполняется двумя методами: поверхно стная закалка концов с про Рис. 20. Схема конфигурации закаленного слоя на катного нагрева (КМК) и по концах рельсов: 1 – правильная;

2 - неправильная верхностная закалка с индук ционного нагрева (НТМК и "Азовсталь"). При закалке концов рельсов с прокатного нагрева охлаждение выполняется струевыми аппаратами (рис.

21), состоящими из коробки 1с отверстиями 3 и патрубками для подачи воды 2. Внутренняя стенка аппарата имеет несколько рядов отверстий 6 диамет ром 1,5-1,8 мм, расположенных так, чтобы закаливалась только поверхность катания головки рельса. Аппарат крепится к подошве рельса специальными скобами 5. Для предохранения закалки боковых граней головки рельса в пазы аппарата набивается асбест 4.

Рис. 21. Струйный аппарат для закалки концов рельсов с прокатного нагрева К моменту подачи воды головки рельса охлаждаются с температуры прокатки до 800-930 °С. Закалка водой проводится в течение 45 с для рельсов Р50 и Р55 и 55 с для рельсов Р65. После прекращения подачи воды происхо дит самоотпуск закаленной зоны за счет тепла сохраненного в центральных слоях головки рельса. Твердость после закалки НВ 330-400. Достоинства та кой обработки – экономичность процесса, а недостатком является неста бильность температуры в момент закалки, что не позволяет получить ста бильные свойства закаленного слоя.

Метод закалки концов рельсов с нагревом т.в.ч. более совершенен.

Нагрев на длине 80-90 мм выполняется индуктором, питаемым от машинного генератора током с частотой 0,5кГц ("Азовсталь") 2,5 кГц (НТМК). Темпера тура нагрева составляет ~ 950 °С, время нагрева составляет 25-40 с. Охлаж дение выполняется конденсатом 25-30 с ("Азовсталь") или сжатым воздухом с давлением 0,45-0,50 МПа в течение 16-20 с (НТМК). Микроструктура зака ленного слоя представляет собой сорбит отпуска, который переходит в узкую зону бейнита на глубине до 3-4 мм и далее сменяется сорбитом закалки с от дельными мелкими выделениями феррита. Такая структурная неоднород ность связана с интенсивным охлаждением при закалке и часто ведет к обра зованию сколов при работе рельсов.

Контроль качества термической обработки ведется замером твердости на прессе Бринелль. Твердость должна быть в пределах НВ 300-401, кроме того проверяется конфигурация закаленного слоя и отсутствие трещин. Кон троль выполняется на продольном и поперечном темплетах, отбираемых один раз в сутки от рельсов, закаленных на каждой установке.

Однако, несмотря на указанный недостаток, закалка концов рельсов любым из двух рассмотренных способов увеличивает стойкость рельсов в стыке к смятию и износу в 2-2,5 раза. Однако по мере роста грузонапряжен ности и скоростей движения появились новые дефекты: сколы закаленного слоя, его смятие по поверхности катания. Поэтому предприятиями, выпус кающими рельсы, разработаны методы их термического упрочнения по всей длине.

14.2 Термическая обработка рельсов по всей длине Россия и Украина занимают ведущее положение в разработке и вне дрении в массовое производство методов термического упрочнения рельсов по всей длине. Из зарубежных стран только Япония выпускает ~10 % зака ленных с индукционного нагрева рельсов. На предприятиях, изготавливаю щих рельсы, применяются следующие методы термической обработки рель сов по всей длине: объемная закалка в масле (КМК, НТМК);

поверхностная закалка с индукционного нагрева ("Азовсталь").

Объемная закалка в масле разработана в 1966 году в России. Метод применяется для 25-м рельсов первого сорта, прошедших весь цикл произ водства, включая отделочные операции (фрезерование торцов, сверление болтовых отверстий). Охлаждение в масле приводит к превращению переох лажденного аустенита в перлитной области с образованием тонкопластинча того сорбита закалки по всему сечению рельса.

Нетермообработанные рельсы со склада подаются магнитными крана ми -1 на загрузочный стеллаж рольганга -2 перед закалочной печью -3 (рис.

22). На стеллаже рельсы кантуются на бок и формируются в пакеты по 11 13 штук, которые каждые 6 -8 мин подаются в нагревательную печь тоннель ного типа с верхним и нижним рядом газовых горелок. Общее число горелок 520 штук. Печь имеет рабочую камеру шириной 3 м и длиной 185 м, по длине печи располагается семь пакетов. Перемещение рельсов в рабочем простран стве печи ведется с помощью 560 приводных роликов.

Рис. 22. Расположение оборудования в термическом отделении рельсобалочного цеха Печь состоит из семи тепловых зон, в каждой из которых автоматиче ски поддерживается заданная температура. В первых пяти зонах происходит методический нагрев рельсов, распределение температур по зонам следую щее: 1 и 2 зоны 750-780 °С, 3 и 4 – 800-830 °С, 5-7 – 840-860 °С. Шестая зона является зоной выдержки, седьмая зона - выдача рельсов на закалку. Вытас кивающим устройством через боковое окно рельсы по одному извлекаются из печи, кантуются на подошву и устанавливаются на рольганг -4 перед зака лочной машиной -5. Время нахождения рельсов в печи составляет 45-55 мин.

Производительность печи 110-120 т ч.

Перед загрузкой рельсов в закалочную машину каждый рельс проходит термоправку. Технологически эта операция состоит в подстуживании подош вы на обоих концах рельса с тем, чтобы повысить ее сопротивление дефор мации и уменьшить коробление в вертикальной плоскости, которые проис ходят при охлаждении в масле за счет более быстрого охлаждения подошвы по сравнению с массивной головкой. Длина зоны подстуживания 980 мм, время охлаждения 7-9 с, при этом подошва охлаждается водовоздушной сме сью с помощью брызгала щелевой конструкции. При движении рельса по рольгангу к закалочной машине центральная зона подошвы охлаждается в течение 14,5 с.

Закалочная машина состоит из вращающего пустотелого барабана - длиной 28 м. На барабане смонтировано шесть 12-ти лучевых звездочек (рис.

23). На конце каждого луча подвешена каретка с роликами -2. на которые по дается горячий рельс, когда каретка находится на уровне масла -3. Барабан со звездочками и каретками установлен внутри бака -4, заполенного маслом.

При повороте барабана на 30° рельс погружается в масло, где он находится мин. Температура масла в баке поддерживается постоянной, и не должна превышать 100 °С. После 10 циклов поворота закаленный рельс снова оказы вается над уровнем масла, его температура составляет 120-150 °С.

Закаленные рельсы на крытом стеллаже -6 (см. рис.

22), где масло стекает, комплек туются в пакеты по 12-17 штуке и подаются в отпускную про ходную печь -7, конструкция которой аналогична печи для нагрева под закалку. Отпускная печь имеет 10 тепловых зон, длина камеры нагрева 260 м, ширина 3,7 м. В каждой зоне Рис. 23. Поперечный разрез закалочной машины помещается один пакет рельсов.

Распределение температур по зонам печи следующее: 1-3 зоны имеют темпе ратуру 350-400 °С, 4 и 5 – 35-400 °С, 6-10 – 450±15 °С. Продолжительность отпуска – 2 ч. После отпуска рельсы охлаждаются на холодильнике 12 и правятся в двух плоскостях на роликоправильных машинах -10 и 11 и верти кальном прессе -9. Заключительным этапом является контроль и приемка рельсов на инспекторских стеллажах -8.

При объемном термическом упрочнении рельсов с закалкой в масле их длина увеличивается в среднем на 18 мм, а в процессе правки они укорачи ваются примерно на 20 мм. Изменение длины при термической обработке и правке является основным недостатком упрочнения 25-метровых рельсов при закалке в масле, так как часто выводит размер по длине за пределы допуска ±6 мм.

Поверхностная закалка рельсов с индукционного нагрева применя ется на заводе "Азовсталь" и была разработана после освоения объемной за калки в масле. Поэтому для компенсации коробления при термическом уп рочнении был предложен агрегат, позволяющий производить закалку рельсов в упруго-изогнутом состоянии. Метод заключается в нагреве головки рельсов по всей длине в индукторе т.в.ч. с частотой 2,5 кГц на глубину 20-25 мм не прерывно-последовательным методом с последующим спрейерном охлажде нием водо-воздушной смесью. Такое охлаждение приводит к образованию в закаленном слое тонкопластинчатого сорбита закалки.

Агрегат производительностью до 38 тч состоит из четырех параллель ных ручьев для одновременной закалки головок четырех непрерывных ниток рельсов. Общая длина установки 90 м, ширина 5 м (рис. 24).

Рис. 24. Технологическая схема агрегата для термической обработки головки рельсов по всей длине На загрузочном участке-1 рельсы упруго изгибаются выпуклостью на головку по радиусу 100 м, проходя между 18 роликами, расположенными сверху и снизу ниток рельсов в шахматном порядке.

Изогнутый рельс поступает на закалочную станцию-2, расположенную на подвижной раме. В каждой линии установлен индуктор из восьми секций мощностью 1 050 кВт, при этом удельная мощность составляет 0,7-0, кВтсм2. В течение ~120 с поверхность головки рельса нагревается до 980- 000 °С. Рельсы проходят под индукторами -4 (рис. 25) на расстоянии 5-6 мм.

Затем нагретый участок рельса подстуживается до 880-900 °С на воздухе и охлаждается на закалочной станции-3 водо-воздушной смесью из спрейеров до 350-400 °С в течение 30-40 с. Расход воды на охлаждение составляет 12- лмин. На участке охлаждения радиус кривизны изгиба ниток равен 25 м го ловкой наружу.

На участке выдачи-4, рельсы проходят 18 роликов, расположенных так же, как и на участке загрузки в шахматном порядке. Радиус кривизны ниток сохраняется и равен 100 м. Сочетание изгиба, нагрева и охлаждения рельсов позволяет получить после данного способа термической обработки относи тельно прямые рельсы. Если коробление у рельса длиной 25 м превышает мм, то рельсы правятся на вертикальных правильных прессах. Скорость пе ремещения рельсов по всей технологической цепочке равна примерно ммин.

После закалки рельсов с нагре вом т.в.ч. они проходят самоотпуск, поэтому на заводе "Азовсталь" отсут ствуют печи для отпуска закаленных рельсов. Кроме того, на поверхности головки рельса образуются напряже ния сжатия, что повышает контактно усталостную прочность. Длина термо упрочненного рельса уменьшается на 2-4 мм, не выводя его за пределы до пуска на размер 25 м ±6 мм. Недостат ком технологии термического упроч Рис. 25. Поперечный разрез агрегата для нения рельсов данного завода является закалки головки рельсов т.в.ч.: 1 – на то, что структура шейки и подошвы правляющие ролики;

2 – станина;

3 – остается в горячекатаном состоянии и рельсы представляет собой грубопластинча тый перлит. Поэтому выход рельсов из строя при эксплуатации часто связан с дефектами, образовавшимися в указанных эелементах.

Контроль качества термообработанных рельсов связан с проверкой твердости на поверхности катания. Замер твердости проводится в трех точ ках по длине рельса, она должна быть в пределах НВ 331-338, а на глубине 10-16 мм не менее НВ 300. Колебания твердости по длине одного рельса должно быть не более НВ 30. Механические свойства рельсов должны соот ветствовать требованиям стандартов и составлять: в 1 170 МПа, т МПа, 6%, 20%, КСU0,25 МДжм2, работа разрушения при 60 °С – 4,2 кДж. Объем контроля механических свойств составляет два образца ка ждой десятой партии или плавки из верхних углов головки рельса. Ударная вязкость оценивается по двум образцам, вырезанным из закаленного слоя рельса каждой партии или плавки.

Микроструктура закаленного слоя оценивается на каждой пятой пар тии или плавке и должна представлять собой однородный сорбит закалки.

Хрупкая прочность проверяется при ударе под копром пробы, вырезанной от головного рельса каждой плавки. Пробу охлаждают до минус 60 °С и подвер гают удару копром массой 1 т с высоты 3 м для рельса марки Р60 или 4,2 м для – Р65.

Остаточные напряжения определяются на пробе, взятой на расстоянии 1,5 м от торца. На куске рельса длиной 600 мм в середине шейки наносится паз (пропил) шириной 6-7 мм, длиной 400 мм, по ширине расхождения кро мок паза судят о величине остаточных напряжений. Проводится замер высо ты пробы до и после нанесения пропила. Рельсы считаются прошедшими ис пытание, если расхождение кромок паза не превышало 3,7 мм, а колебания длины рельса составляло ±6 мм на 25 м.

14.3 Достоинства и недостатки различных технологических схем термоупрочнения рельсов. Перспективы развития Технологические схемы изготовления рельсов на различных предпри ятиях приведены на рис. 19. Основными достоинствами технологии КМК и НТМК (Россия) является то, что объемная закалка в масле и отпуск с отдель ного нагрева обеспечивают получение высоких механических свойств по всему сечению рельса за счет формирования структуры сорбита. К недостат кам следует отнести трудность обеспечения требуемого допуска на длину.

Кроме того, в технологии противофлокеновой обработки на КМК (охлажде ние в коробах) не соблюдается одинаковая скорость охлаждения по объему садки.

Достоинствами технологической схемы термического упрочнения рельсов на заводе "Азовсталь" является повышенная прочность, твердость, контактная усталость поверхности катания головки, чем у шейки и подошвы рельсов. При этом легко обеспечиваются допуски по длине рельсов 25 м ± мм. Недостатками этой технологии является пониженная ударная вязкость шейки и подошвы из-за формирования структуры грубопластинчатого пер лита при прокатке. Поэтому выход из строя этих рельсов связан с образова нием и развитием усталостных трещин в указанных частях рельса особенно около отверстий для крепления.

Для повышения свойств и долговечности рельсов перспективно приме нение следующих методов:

1. Повышение качества углеродистых сталей за счет использования комплексных раскислителей, содержащих кремний, марганец, алюминий при введении их в печь и кремний, калиций, ванадий, добавляемые в ковш, что позволит снизить содержание окислов и повысить прочностные свойст ва [ ];

2. Применение сталей с повышенным содержанием углерода до 0,88% и микролегированием хромом, ванадием, азотом, обеспечит повышение твердости, прочности и ударной вязкости сталей, что приведет к росту экс плуатационной стойкости [ ];

3. Переход от слиткового разлива рельсовых сталей на непрерывно ли тые заготовки уменьшит газосодержание, что снизит склонность к образо ванию флокенов и измельчит исходное зерно аустенита до 8-9 балла, это в свою очередь повысит ударную вязкость рельсов [ ].

Контрольные вопросы 1. Назовите основные элементы рельсов.

2. Какова основная причина выхода из строя железнодорожных рель сов?

3. Перечислите причины образования флокенов и укажите условия удаления водорода из стали.

4. Назовите достоинства и недостатки противофлокенового отжига.

5. Перечислите методы упрочнения концов рельсов.

6. Перечислите методы термической обработки рельсов по всей длине.

7. Назовите методы повышения свойств и долговечности рельсов.

Лекция 15. Стали, условия работы и технология термической об работки железнодорожных колес План лекции 1. Стали для изготовления железнодорожных колес 2. Предварительная и окончательная термическая обработка железнодо рожных колес 3. Контроль качества Марки материала для изготовления железнодорожных колес грузовых и пассажирских вагонов определяется условиями их работы, которые раз личны. Так колеса грузовых вагонов и локомотивов испытывают воздействия высоких нагрузок, которые могут достигать 25-27 т, а пассажирских вагонов высокие скорости. Высокие нагрузки приводят к росту контактных напряже ний и увеличению износа обода колеса. До 35% колес выходят из строя по тепловым и тормозным повреждениям. При высоких скоростях и больших нагрузках тонкие поверхностные слои нагреваются до температур выше кри тических точек, и при последующем быстром охлаждении при выходе из зо ны контакта в этих участках возможно образование мартенсита. Мартенсит твердый, хрупкий и при работе колеса этот поверхностный слой растрески вается.

Колесо состоит из трех основных частей: ступицы, диска, обода (рис.

26).

Рабочая часть обода, контактирующая при эксплуатации с рельсом, называется поверхно стью катания. В этой поверхности возникают нормальные напряжения при качении колеса, ка Рис. 26. Элементы цельнока- сательные при скольжении в момент торможе железнодорожного ния. Кроме того, при движении по стыкам рельс таного колеса: 1 – ступица;

2 – обод;

колеса воспринимают ударные нагрузки. Удель 3 – поверхность катания;

ные давления в местах стыка могут достигать 4 – гребень;

5 – диск;

6 – 500 МПа. Следовательно, исходя из условий ра торцы ступицы;

7 – боковая боты железнодорожных колес, предъявляются поверхность обода определенные требования к материалам для их изготовления, а именно: высокая прочность, хладостойкость, усталостная прочность. При этом важно помнить, что железнодорожные колеса работают в контакте с рельсами, то есть их твердость, прочность, износостойкость должны быть практически равными.

В России для производства железнодорожных колес на основании раз работок ВНИИЖТ согласно ГОСТ 10791-81 применяют углеродистые стали, следующего химического состава, %:

1. 0,44-0,52 С;

0,80-1,20 Mn;

0,40-0,60 Si;

0,08-0,15 V;

не более 0,035 P;

и 0,04 S для Стали 1, используемой для колес пассажирских вагонов;

2. 0,55-0,65 С;

0,50-0,90 Mn;

0,20-0,42 Si;

0,035 P;

0,04 S для Стали 2, применяемой для колес локомотивов и грузовых вагонов. В марках допуска ется содержание Ni, Cr, Cu не более 0,25 % каждого. Перспективно примене ние стали 65Ф для колес грузовых вагонов и стали 45ГСФ для пассажирских, так как микролегирование ванадием и марганцем повышает контактную вы носливость и термостойкость.

Предварительная термическая обработка цельнокатаных желез нодорожных колес состоит в противофлокеновой обработке. Колесная сталь в своем составе содержит 7-8 см3100 г металла водорода, поэтому является склонной к образованию флокенов. Заготовки для железнодорожных колес изготавливаются путем горячей штамповки или прокатки. Полученные горя чей деформацией заготовки с температуры конца деформации 1 000-950 °С охлаждаются до температур превращения переохлажденного аустенита 450 550 °С, при этом резко снижается растворимость водорода в феррите. Затем ведется нагрев до600-650 °С, это температура является температурой повы шенной подвижности водорода, при этом выполняется выдержка 4,5 ч для более полного удаления водорода. С температуры ~650 °С охлаждение ведет ся на воздухе. Оборудованием для противофлокеновой обработки является туннельная печь с подвесным конвейером, на который с помощью крюков навешиваются колеса. Колеса с определенной скоростью перемещаются кон вейером по длине (125 м) печи, что и гарантирует необходимую изотермиче скую выдержку при ~650 °С. После отжига содержание водорода в заготов ках не превышает 2-4 см3100 г металла.

Окончательная термическая обработка (ОТО) железнодорожных колес проводится после черновой механической обработки и может быть выполнена тремя способами: нормализация с отпуском;

закалка поверхности катания + отпуск;

объемная закалка с отпуском. Необходимо отметить, что выбор технологической схемы определяется требуемыми свойствами изде лий. Железнодорожные колеса должны удовлетворять следующим требова ниям: : в = 900-1 130 МПа, = 8-12%, = 14-21%, КСU0,2-0,3 МДжм2, твердость на глубине 30 мм НВ 248-255, разница твердости по периметру од ного колеса не должна превышать НВ 20. Средний балл неметаллических включений 4, оксидных – 1.

Наиболее современной ОТО железнодорожных колес является закалка поверхности катания в сочетании с отпуском. Используется прерывистая за калка в специально разработанном для этого метода закалочном баке. Нагрев под закалку ведется в кольцевых печах, что обеспечивает поштучную вы грузку деталей из печи, температура аустенизации составляет 850-870 °С.

Нагретое колесо -2 подъемным краном устанавливается на опорный ролик 1, помещенный в закалочном баке с водой -3. В воду погружается только обод колеса, которое в процессе охлаждения вращается (рис. 27).

Вращением колеса и обеспечивается пре рывистая закалка. Структура обода колеса после такого охлаждения представляет собой высоко дисперсный пластинчатый перлит (сорбит), что обеспечивает хорошее сопротивление износу и усталостным разрушениям. После закалки прово дится отпуск для снятия напряжений при темпера туре 500-550 °С с выдержкой 3 ч и последующим охлаждением на воздухе. Затем колеса проходят дробеструйную обработку (очистка от окалины) и Рис. 27. Схема прерывистой окончательную (чистовую) механическую обра закалки обода колеса при ботку.

его вертикальном располо Контроль качества готовых колес связан жении со 100% внешним осмотром на отсутствие тре щин, плен, закатов, окалины и проверкой размеров. Проверка микрострукту ры и механических свойств выполняется на одном колесе от партии, места отбора образцов оговорены в нормативной документации. Твердость обода колес проверятся на партиях, выдержавших испытание на растяжение. Твер дость на глубине 50 мм и механические свойства контролируются на 10% партий колес. Кроме того, оценивается допустимая величина прогиба диска (не менее 25 мм) при испытании на удар копром весом 1 т с высоты 6 м.

Контрольные вопросы 1. Перечислите основные части железнодорожного колеса.

2. Укажите стали используемые для железнодорожных колес.

3. Каковы требования к материалам для изготовления железнодорож ных колес?

4. Назовите способы изготовления заготовок для железнодорожных колес.

5. Перечислите способы окончательной термической обработки.

6. Назовите причины изготовления железнодорожных рельсов и колес из разных марок сталей.

Лекция 16. Технология термической обработки сортового и ка либрованного проката План лекции 1. Технология термической обработки сортового проката 2. Технология термической обработки калиброванного проката 16.1 Технология термической обработки сортового проката Сортамент сортового проката включает простые и фасонные профили общего и отраслевого назначения и является массовым видом продукции (более 50% всего объема проката). К простым профилям относятся профили общего назначения, сечение которых имеет простую форму: круг, квадрат, шестигранник, прямоугольник. Они служат заготовками для изготовления изделий в машиностроении. Фасонные изделия – это прокат общего назначе ния с поперечным сечением в виде: уголка равно- и неравностореннего, швеллера, двутавра и т.д. К фасонным профилям отраслевого назначения относится строительная арматура, шахтная крепь, буровые штанги.

Сортовой прокат общего назначения производят диаметром или сторо ной квадрата от 5 до 250 мм в прутках длиной 1,5 до 12 м, или а бунтах (ка танка) различной массы. Он изготавливается из углеродистых и легирован ных конструкционных сталей, инструментальных углеродистых и легиро ванных сталей, коррозионностойких, жаростойких, жаропрочных и других сталей специального назначения.

Сортовой прокат получают горячей прокаткой с нагревом 1 150-700 °С.

то есть значительно выше температур критических точек сталей. Это вызы вает перегрев заготовок, что ведет к образованию в их структуре грубых вы делений избыточных фаз и крупнопластинчатого перлита или сорбита с трооститом. В большинстве случаев целью термической обработки сортового проката является понижение твердости до величины НВ 230-260, чтобы обеспечить последующую обработку резанием или давлением или подгото вить структуру к дальнейшей термической обработке, а также для уменьше ния внутренних напряжений.

Основными видами термической обработки сортового проката являет ся отжиг и высокий отпуск, хотя возможно применение и других видов тер мообработки, что связано с назначением проката и требованиями к нему. В зависимости от требований нормативной документации к прокату могут рег ламентироваться следующие параметры: механические свойства, глубина обеуглероживания, величина зерна, микроструктура, макроструктура, прока ливаемость.

Прокат из конструкционных углеродистых сталей с содержанием до 0,3% С и низколегированных (15Х, 20Х и др.), после охлаждения на возду хе с температуры окончания прокатки имеет невысокую твердость и приме няется без смягчающей термической обработки. Высоколегированные конст рукционные стали бейнитного и мартенситного класса (Cr-Ni, Cr-Ni-Mo, Cr Ni-W) при охлаждении после прокатки подкаливаются из-за повышенной ус тойчивости переохлажденного аустенита в перлитной области и имеют твер дость до НВ 500 и выше.

Снижение твердости таких сталей достигается высоким отпуском при температурах 660-700 °С с выдержкой 0,45-0,75 ч на 1 т садки. Такая же тер мическая обработка используется и для конструкционных углеродистых сталей при содержании в них углерода выше 0,3 %. Структура сталей перлитного класса после высокого отпуска представляет собой феррит и смесь пластинчатого перлита с зернистым, а для сталей бейнитного и мар тенситного класса – сорбит, при этом твердость находится в пределах НВ 187-229.

При необходимости перекристаллизации структуры, полученной после прокатки (грубый перлит, строчечность, видманштетт), проводят или непол ный отжиг при 750-770 °С с выдержкой 1 ч, охлаждение со скоростью 30- °Сч до 600 °С, далее на воздухе, или изотермический отжиг с нагревом выше температуры точки Ас3, охлаждение до 660-680 °С, выдержка 4-6 ч, и далее на воздухе. Иногда для получения требуемых свойств проводят нормализа цию с высоким отпуском или без него или улучшение (закалка + высокий от пуск). Эти операции термической обработки чаще всего выполняются в са дочных камерных печах с выдвижным подом.

Рессорно-пружинные стали после горячей прокатки имеют феррито перлитную структуру и твердость НВ 285-321,что превышает требования ГОСТ 14959-79 (НВ 229-285). Данные стали склонны к обезулероживанию и графитизации, поэтому не рекомендуется применять высокотемпературные нагревы. Оптимальными режимами смягчающей термической обработки для этих сталей является высокий отпуск или неполный отжиг. Температуры об работки выбираются в зависимости от марки стали и находятся в интервале 700-760 °С время выдержки при отпуске 4-5 ч, при отжиге 1 ч.

Углеродистые инструментальные стали (У7-У13) после прокатки имеют структуру пластинчатого перлита различной степени дисперсности в зависимости от поперечного сечения заготовки и повышенную твердость до НВ 340. Понижение твердости и улучшение обрабатываемости этих сталей достигается за счет получения зернистого перлита. Для этого данные стали подвергают отжигу с нагревом ваше температуры точки Ас1 на 10-20 °С с применением последующего регламентированного охлаждения со скоростью 20-50 °Сч до 600 °С и затем на воздухе. Выдержка при температуре отжига определяется из расчета 0,45 -1,05 чт. Твердость проката после отжига с со блюдением оптимальных параметров находится в интервале НВ 187-217.

Одним из дефектов инструментальных сталей после прокатки является цементитная сетка по границам бывших аустенитных зерен. Причиной ее об разования является высокая температура окончания прокатки (900-950 °С) с охлаждением на воздухе. Для устранения этого дефекта необходимо выпол нять одно из перечисленных мероприятий:

1. Поддерживать температуру окончания прокатки в интервале 800 750 °С;

2. Использовать ускоренное охлаждение водой или водо-воздушной смесью с температуры конца прокатки.

Провести отжиг-нормализацию с нагревом выше точки Асm с после дующим ускоренным охлаждением потоком воздуха от вентиляторов. Недос татками этого способа являются повышенный рост зерна и обезуглерожива ние.

Инструментальные легированные стали после охлаждения на воз духе с температуру конца прокатки имеют структуру мартенсита, троостита и сорбита. Такие структуры затрудняют или полностью исключают возмож ность механической обработки резанием. Это связано с высокой твердостью сталей после охлаждения НВ 255-653. Микроструктура сортового проката инструментальных легированных сталей согласно ГОСТ 5950-73 после от жига не должна иметь карбидной сетки, а твердость должна находиться в пределах НВ 197-260.

Основными легирующими элементами в этих сталях являются карби дообразующие: Cr, W, V, Mo, которые замедляют переход и повышают критические точки при нагреве. Поэтому отжиг этих сталей проводят при бо лее высоких температурах, чем инструментальных углеродистых. Например, быстрорежущие стали Р9, Р6М5 нагревают при отжиге до 860 °С, скорость охлаждения до температур 650-700 °С равна 25-30 °С/ч. Кроме того, для бы строрежущих сталей рекомендуется использовать изотермический отжиг.

После нагрева на 860 °С проводят изотермическую выдержку при температу ре 760-780 °С для распада аустенита и коагуляции карбидов. Иногда исполь зуется изотермическая выдержка с температуры конца горячей прокатки.

Применение различных видов отжига инструментальных легированных ста лей обеспечивает в них получение структур зернистого перлита или сорбита с обеспечением требуемого уровня свойств согласно нормативной докумен тации.

Коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные и теплоустойчи вые стали, имеющие мартенситную, ферритомартенситную и перлитную структуру, подвергают отжигу чаще всего отжиг проводят при температуре Ас1+(40-60 °С) с медленным охлаждением 25-40 °С /ч до температуры 650 700 °С. Стали аустенитного класса для снижения твердости подвергают вы сокотемпературной закалке с охлаждением в воде или на воздухе. Стали ферритного класса проходят высокий отпуск с быстрым охлаждением с це лью повышения пластичности и вязкости.

16.2 Технология термической обработки калиброванного проката Маршрутная технология получения калиброванной стали:

1. Приготовление расплава и литье слитков;

2. Горячая прокатка прутков (подкат);

3. Термообработка подката (ПТО);

4. Правка подката и подготовка к волочению;

5. Волочение (калибровка);

6. Термическая обработка калиброванного проката (ОТО);

7. Отделка и контроль качества.

Из маршрутной технологии следует что операция калибровки – это во лочение. Использование калиброванной стали в машиностроении позволяет снизить расход металла на 10-30%. Калиброванный прокат изготавливают из углеродистых и легированных сталей. Поставляют его в нагартованном (по сле волочения) или термически обработанном состоянии.

Качество калиброванной стали в первую очередь определяется качест вом подката, который должен иметь структуру зернистого перлита, что дос тигается сфероидизирующим отжигом с нагревом выше Ас1+(20-30) °С и за медленным охлаждение до 600-650 °С. Этот отжиг подката относится к ПТО калиброванного проката и обеспечивает твердость НВ 207-230. К калибро ванной стали применяют очень жесткие требования по обезуглероженному слою, поэтому отжиг подката проводят в защитной атмосфере. Глубина обез углероживания не должна превышать 1% от диаметра (толщины) прутка (полосы).


Перед волочением необходимо подготовить поверхность подката. Опе рация подготовки поверхности включает травление, мойку, сушку. После во лочения (калибровка) проводится ОТО проката. Операция волочения отно сится к холодной пластической деформации металла, которая приводит к его упрочнению. Калиброванный прокат может поставляться в нагартованном или термически обработанном состоянии. К ОТО относится отжиг холодно деформированных заготовок, который чаще всего является рекристаллизаци онным. Параметры безокислительного (рекристаллизационного) отжига оп ределяются, в основном, маркой стали, степенью холодной деформации и требуемым уровнем твердости проката.

Контроль качества термообработки сортового проката зависит от группы стали и требований стандартов. При контроле качества проверяются следующие параметры: твердость, качество изломов, макро- и микрострукту ра, глубина обезуглероживания, механические свойства. Контроль данных параметров выполняется на пробах, взятых от плавки (партии). Объем кон троля и его методы оговариваются в стандартах.

Контрольные вопросы 1. Укажите какие профили относят к простым, а какие к фасонным.

2. Из каких сталей изготавливают сортовой прокат.

3. Назовите основные виды термической обработки сортового проката.

4. Назовите причины возникновения цементитной сетки.

5. Назовите способы устранения цементитной сетки.

6. Какую структуру должен иметь калиброванный прокат?

7. Опишите маршрутную технологию калиброванного проката.

8. Назовите основной вид термической обработки калиброванного про ката.

Лекция 17. Технология термической обработки листового прока та. Термомеханическая обработка проката План лекции 1. Технология термической обработки листового проката 2. Термомеханическая обработка проката Стальной листовой прокат условно разделяют на тонколистовой с тол щиной 0,2-3,9 мм и толстолистовой толщиной 4,0-160 мм. Тонколистовую сталь производят в листах шириной от 500 до 4 000 мм и длиной от 1 200 до 5 000 мм, а также в виде полосы в рулонах шириной 200-2 300 мм. Толсто листовую сталь производят в виде листов или широкой полосы.

Листовой прокат, как правило, используется в состоянии поставки т.е.

без дополнительной термической обработки у потребителя. Свойства листов, поставляемых с металлургических заводов, в основном сохраняются в гото вых изделиях. Поэтому к листам предъявляют требования по механическим свойствам. Основную часть листов используют для получения изделий мето дами холодной штамповки, гибки. В связи с этим к стали предъявляют тре бования по штампуемости, оцениваемой по глубине лунки по Эриксону.

По способности к вытяжке сталей в стандартах предусматривается де ление их на категории, обозначаемые Г – глубокая, Н – нормальная, ВГ – весьма глубокая, СВ – сложная, ОСВ – особо сложная и ВОСВ – весьма осо бо сложная. Склонность сталей к деформации при вытяжке зависит от разме ра зерна и дисперсности структуры. В листовых заготовках не допускается наличие обезуглероженного слоя, скоплений неметаллических включений, интерметаллидных и карбидных фаз.

Технология термической обработки тонколистового проката регу лирует конечную структуру и свойства стали с целью обеспечения лучшей штампуемости. Для этого применяют рекристаллизационный или нормализа ционный отжиг. Для изготовления тонких листов используются низкоугле родистые и низколегированные стали: 08кп, 08пс, 08Ю, 10, 15, 16ГС, 09Г2С, 09Г2СД, 10Г2С1, 10ХСНД. В зависимости от механических свойств тонко листовой прокат поставляется по 17 категориям, со следующими изменения ми механических свойств: в = 450-550 МПа, КCU-40 =0,3-0,4 МДж/м2.

Наилучшая штампуемость обеспечивается при структуре доэвтектоид ных сталей в виде равноосного феррита с размером зерна 5-7 балла для ки пящих сталей, для сталей спокойных с небольшим количеством мелкозерни стого структурно свободного цементита. Технологию термической обработки рассмотрим на примере тонкой ленты для глубокой и особо сложной вытяж ки:

1. Степень обжатия в последней клети стана горячей прокатки долж на быть выше критической и составлять 15-20%.

2. Температура конца прокатки должна находиться выше критиче ской точки Ас3 (860-920 °С).

3. Охлаждение в интервале температур 750-550 °С после выхода из последней клети стана горячей прокатки перед смоткой должно быть быст рым для получения цементита сферической формы.

4. Смотка в рулон ленты должна выполняться при 550-650 °С.

5. Холодная прокатка производится при суммарной величине обжа тия равной 50-60%.

6. Рекристаллизационный отжиг ведется в рулонах или при размоте ленты с протягиванием через печь при температурах ниже точки Ас1 (640- °С).

Рекристаллизационный отжиг выполняют в колпаковых печс в защит ной атмосферой. Нагрев рулонов ведется со скоростью 10-50 °С/ч. Конечная температура нагрева для кипящих сталей назначается в пределах 680-700 °С, для спокойных 700-720 °С. Время выдержки назначают из условия получе ния допустимого перепада температуры по сечению рулона. Скорость охла ждения рулона в интервале температур 720-300 °С должна быть малой и рав ной 40 °С/мин. График режима отжига рулонов колпаковой печи приведен на рис. 28.

Общая длительность отжига со ставляет около 80 ч. Для сокращения времени отжига применяют распуше ние рулонов, что позволяет сократить в 2-3 раза время обработки. Более перспективно применение непрерыв Рис. 28. Типичный режим отжига руло- ного отжига в потоке стана холодной нов из стали 10 в одностопной колпако- прокатки, что обеспечивает высокую вой печи: 1 – нагрев;

2 – охлаждение под производительность хорошее качество муфелем;

3 – охлаждение на воздухе поверхности и однородность свойств т.к. обработка ведется в размоте.

Технология термической обработки толстолистовой стали вклю чает операции отжига-нормализации с высоким отпуском или без него и улучшение. Нормализация применяется для повышения пластичности листов толщиной не более 15 мм. Термическая обработка улучшением (закалка + высокий отпуск) используется для более толстых листов. Толстолистовая сталь изготавливается из углеродистых сталей с содержанием 0,08-0,30% уг лерода или низколегированных: 09Г2, 15Г, 09ГСД, 15Г2СФД, 14ХГС, 10ХСНД, 15ХСНД и др., поставляется или с термообработкой, или без нее.

Наиболее перспективно применение термической обработки с исполь зованием тепла горячей прокатки по следующим схемам (рис. 29):

1. Нормализация с использо ванием тепла прокатного нагрева, когда листы принудительно охлаж даются водой до 680-600 °С, а затем на воздухе до 550 °С и нормализация в печах;

2. Одинарная термообработка, заключающаяся в ускоренном охла Рис. 29. Способы термической обработки ждении листов водой до 700-650 °С листов из низкоуглеродистой стали (Ст3сп, затем на воздухе, что обеспечивает толщина листа 40 мм): 1 – нормализация с получение мелкозернистой структу прокатного нагрева;

2, 3 – одинарная и ры с повышенной прочностью;

двойная упрочняющие термические обра 3. Двойная упрочняющая тер ботки;

4 – охлаждение на воздухе мическая обработка, состоящая из ускоренного охлаждения водой до 600-300 °С с последующим отпуском при 620-680 °С в печах. Такая схема термообработки позволяет получить после отпуска мелкие зерна феррита и равномерное распределение тонкодисперс ных карбидов. Полученная структура отвечает наиболее высокому уровню характеристик прочности при хорошей их равномерности по площади листа.

Контрольные вопросы 1. Как разделяют (условно) листовой прокат?

2. Как классифицируют листовой прокат по способности к вытяжке.

3. Перечислите марки сталей для изготовления тонколистового прока та.

4. Назовите виды термической обработки тонколистового проката.

5. Какая структура обеспечивает наилучшую штампуемость?

6. Перечислите марки сталей для изготовления толстолистового прока та.

7. Назовите виды термической обработки толстолистового проката.

Лекция 18. Технология термической обработки проволоки и лен ты. Патентирование План лекции 1. Технология термической обработки проволоки и ленты 2. Патентирование Стальная проволока производится на метизных подразделениях метал лургических предприятий. Она может иметь круглый или фасонный профиль (квадратный, прямоугольный, клиновидный, трапециевидный и др.) с сече нием до 16 мм. В промышленности производятся свыше 7 000 типоразмеров.

По назначению различают пружинную, канатную, арматурную, подшипни ковую, вязальную, игольную проволоку.

В зависимости от диаметра проволоку подразделяют на:

1. Особо толстую диаметром 8-16 мм;

2. Толстую диаметром 6-8 мм;

3. Средней толщины диаметром 1,6-6,0 мм;

4. Тонкую диаметром 0,4-1,6 мм;

5. Тончайшую диаметром 0,1-0,4 мм;

6. Наитончайшую (микронную) диаметром меньше 0,1 мм.

Значительную часть проволоки выпускают с защитными покрытиями: цин ком, оловом, кадмием, алюминием, хромом, пластмассами и лаками.

Преобладающую долю в общем объеме производства занимает прово лока обыкновенного качества из низкоуглеродистых сталей: меньшую - по вышенной и высокой прочности из средне- и высокоуглеродистых и легиро ванных сталей.

В нормативной документации на проволоку оговариваются следующие свойства:

1. Механические (в, число перегибов, число скручиваний, способ ность выдерживать навивку вокруг стержня определенного диаметра без по ломок и растрескивания).

2. На разрыв с узлом (канатная диаметром до 0,8 мм).

3. По излому, микроструктуре, глубине обезуглероженного слоя, мак роструктуре (флокены, пористость, трещины и др.), подшипниковая прово лока.

4. Не допускаются поверхностные дефекты.

Маршрутная технологическая схема изготовления проволоки: приго товление расплава;

литье слитков;

горячая деформация – получение катанки диаметром 4,7-19 мм;

термическая обработка катанки (ПТО) может отсутст вовать;


подготовка поверхности к волочению;

волочение;

окончательная термообработка (ОТО). Две последние операции могут повторяться несколь ко раз для того, чтобы получить требуемый размер проволоки.

ПТО катанки. Качество катанки должно обеспечить отсутствие обры вов при волочении и однородность готовой проволоки по механическим свойствам. В связи с чем, катанка контролируется на отсутствие неметалли ческие включений, усадочной рыхлости, раковин, пузырей, дефектов прокат ки (закаты, вмятины, волосовины). Микроструктура катанки должна пред ставлять собой сорбитообразный пластинчатый перлит.

Сорбитизированную структуру получают посредством двухстадийного регулируемого охлаждения с прокатного нагрева – технология Белорецкого металлургического комбината (БМК). На первой стадии выполняют цикличе ское охлаждение водой до среднемассовой температуры 720-740 °С со сред ней скоростью 300-400 °С/с. При этом температура поверхности не опускает ся ниже температуры Мн (рис. 30 ).

Скорость прокатки 50 м/с. На второй стадии – охлаждение на воздухе, подаваемом вентилятором, до 300-400 °С и далее на спокойном воздухе. В результате получается однородная структура пластинчатого (квазиэвтектоид) перлита и с межпластиночным расстоянием 0,13-0,16 мкм и структурно сво бодным дисперсным ферритом.

Перед операцией волочения катанка проходит подготовку аналогичную обработ ке сортового проката перед калибровкой.

После волочения проволока проходит ОТО.

Окончательная термообработка проволоки включает рекристаллизацион ный отжиг, патентирование или закалку и отпуск. В игольной проволоке из стали У7А – зернистый перлит образуется при уско ренном охлаждении до 500-550 °С с темпе Рис. 30. Изменение температуры ратуры конца горячей деформации.

поверхности (tп) и сердцевины (tс) Рекристаллизационный отжиг это ос катанки в процессе первой стадии охлаждения при сорбитизации. новной вид термообработки для проволоки Скорость прокатки 50 м/с из высокоуглеродистых сталей. Мотки про волоки отжигают в колпаковых или роликовых печах.

Параметры отжига определяются маркой стали и находятся по темпе ратуре в пределах 670-700 °С, с выдержкой 3-6 ч для колпаковых печей (от жиг в мотках) или в проходных, где выдержка определяется диаметром про волоки. Для сокращения времени отжига возможно применение «кипящего слоя», отжиг ведется в нитку, при этом время отжига сокращается в 9-10 раз.

Патентирование предусматривает обработку проволоки в нитку и проводится в непрерывно действующих установках (рис. 31). Перемотка проволоки с фигурок (размоточных устройств) 1 через нагревательную печь 2 и ванну 3 на намоточные приводные барабаны 4.

Рис. 31. Схема установки для непрерывного патентирования проволоки Нагрев ведется в протяжных трубчатых печах до температуры выше точки Ас3 на 80-100 °С, что обеспечивает однородность аустенита и опти мальный для волочения размер зерна 2-3 балл. Данная операция применяется для средне- и высокоуглеродистых сталей (0,35-0,94%) и некоторых легиро ванных в основном пружинных сталей 65Г, 70С2ХА, 50ХФА и др.

Для переохлаждения аустенита и изотермической выдержки чаще всего используют электродные соляные ванны (65-75% NaNO3 и 35-25% K NO3), которые обеспечивают превращение переохлажденного аустенита в тонко пластинчатый перлит (сорбит) с толщиной пластин 10-40 нм и феррита с размером зерна 60-200 нм. Мартенсит и избыточный феррит в структуре не допускается. Такая структура позволяет проводить волочение с высокими суммарными обжатиями 90-99%. После волочения проволока имеет высо кую прочность при сохранении повышенной пластичности и вязкости.

Режимы обработки определяются составом сталей и диаметром прово локи. Химический состав стали зависит от требуемой прочности проволоки и определяется по формуле:

в = (100 С – d + 53) 10, [МПа] где в – предел прочности проволоки, МПа С – содержание углерода в стали, % d – диаметр проволоки, мм.

Температура аустенизации для проволоки диаметром менее 6 мм рас считывается по формуле:

t = 900 – 50 C + 10 d, [°С].

Эта температура обычно выше температуры закалки и отжига и приво дит к более полному растворению карбидов и высокой гомогенизации аусте нита. Время выдержки при температуре аустенизации определяется по фор муле:

= 30 + 5 d 2, [мин] для проволоки d 5 мм, = 30 + [(5 + d)/2 ] d 2, [мин] для d 5 мм.

Температура изотермической выдержки также может быть определена расчетным методом по формуле:

t = 490 + 60 C 15 d, [°С].

На практике обычно температура изотермической выдержки поддер живается в интервале 420-540 °С. Минимально необходимое время пребыва ния проволоки в ванне изотермической выдержки для углеродистых сталей составляет около 15 с. В промышленных условиях эта выдержка определяет ся экспериментально в зависимости от марки стали и диаметра проволоки.

Для легированных сталей наиболее эффективно применение ступенчатого патентирования: 950 °С, выдержка 10 мин, охлаждение в ванне до 320 °С, пе ренос в ванну с температурой около 600 °С, выдержка 5-7 с.

Процесс патентирования считается более прогрессивным, если вместо соляных ванн используется «кипящий» слой или электроконтактный нагрев в нитку.

ОТО в виде закалки и отпуска применяется для высоколегированных сталей. Это чаще всего стали аустенитного или ферритного класса. Закалка выполняется с нагревом до температур 1 000-1 050 °С с охлаждением в воде.

С целью уменьшения окисления и обезуглероживания применяются высоко температурные соляные ванны (расплав солей BaCl2, KCl, NaCl). При выборе режима термообработки необходимо учитывать химический состав стали и диаметр проволоки (катанки). После закалки стали имеют структуру ста бильного аустенита или феррита, которые имеют высокую пластичность. По этому волочение проволоки из этих сталей проводится после закалки. От пуск проволоки ведется при температурах 450-620 °С после волочения. Такая технологическая схема является разновидностью термомеханической обра ботки и позволяет получить на проволоке высокие уровни прочности при со хранении значительных величин вязкости и пластичности.

Контрольные вопросы 1. Как делиться проволока по назначению?

2. Как подразделяют проволоку зависимости от диаметра?

3. Из каких сталей изготавливают проволоку?

4. Перечислите защитные покрытия проволоки.

5. Перечислите требования предъявляемые к катанке.

6. Что включает окончательная термическая обработка проволоки?

РАЗДЕЛ 4. ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МА ШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ЗАВОДАХ Лекция 19. Технология термической обработки шестерен, зубча тых колес План лекции 1. Шестерни, упрочняемые химико-термической обработкой (ХТО) 2. Технология азотирования шестерен Шестерни (зубчатые колеса) широко используются в современной технике. Только в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении об щее количество ежегодно изготавливаемых шестерен составляет около млн. штук. Основной объем производства составляют цилиндрические шес терни, основная масса которых применяется в коробках передач, трансмис сий автомобилей и тракторов, газораспределении двигателей внутреннего сгорания, металлообрабатывающих станках.

При выборе материала для изготовления шестерен и выборе техноло гии термической обработки основным критерием является модуль шестерни.

Модуль – это отношение диаметра делительной окружности к числу зубьев, измеряется в мм. Шестерни изготавливают из поковок, реже отливок. Зубья или нарезают механической обработкой, или изготавливают горячей накат кой. Для ответственных шестерен применяются различные методы тонкой механической обработки: шлифование, хонингование, притирка, что позво ляет устранить деформацию шестерен после термической обработки и по вышению их долговечности при работе.

Условия работы шестерен зависят от уровня контактных и изгибающих нагрузок и их быстроходности. При эксплуатации шестерни испытывают:

Изгиб при резком торможении или заклинивании с наличием макси мального крутящего момента;

Изгиб в ножке зуба, что может привести к его усталостному разруше нию. Напряжения могут превышать 600 МПа;

Контактные напряжения на боковых поверхностях зубьев, что приво дит к образованию контактно- усталостного выкрашивания. Эти напряжения достигают величины до 2 300 МПа;

Износ боковых поверхностей (из-за попадания абразивных пыли и гря зи в зону контакта) либо торцевых поверхностей зубьев. При недостаточной смазке рабочих поверхностей может происходить «схватывание», образова ние задиров, приводящих к быстрому износу поверхности зубьев.

Исходя из условий работы шестерен, в практике машиностроения при меняется несколько технологических схем их термической обработки. К этим схемам относятся: термическая обработка шестерен, упрочняемых объемной закалкой и отпуском;

ХТО шестерен;

поверхностное упрочнение при закалке т.в.ч.

Шестерни, упрочняемые объемной закалкой и отпуском, предна значены в основном для работы при небольших статических и контактных нагрузках с практическим отсутствием динамических ударов (подъемно транспортное оборудование, металлургические и горнодобывающие агрега ты, металлорежущие станки). Зубья шестерен упрочняются насквозь на твер дость НВ 300 (при высоком отпуске) или на твердость НRС43-50 (при низ ком отпуске).

Шестерни, работающие при низких скоростях и малых нагрузках, изго тавливают из среднеуглеродистых или низколегированных конструкцион ных сталей марок 45, 50, 40Х, 40ХН,45Г2, 50Г2, 38ХГН и др. Технологиче ские параметры закалки определяются маркой стали, а режим отпуска тре буемыми свойства шестерен. Нагрев под объемную закалку и отпуск ведется в универсальном термическом оборудовании (камерные, шахтные печи). Та кое оборудование рационально использовать в условиях единичного и мел косерийного производства.

Шестерни, упрочняемые химико-термической обработкой (ХТО), изготавливаются, как правило, из низкоуглеродистых легированных сталей.

Методами ХТО упрочняются в основном тяжело нагруженные шестерни с модулем 3-10 мм. Такие шестерни используются в коробках передач, транс миссиях автомобилей и тракторов. Преимущество такой обработки возмож ность получения высокого предела выносливости при изгибе (до 1 000 МПа) и контактных нагрузках (до 2 300 МПа), а также высокой износостойкости поверхности при использовании недорогих малолегированных сталей. Такая обработка позволяет получить высокую твердость, прочность поверхности зубьев при сохранении их вязкой сердцевины. Для упрочнения шестерен применяют цементацию, нитроцементацию и азотирование.

Требования к упрочнению шестерен ХТО. Глубина диффузионного слоя при ХТО зависит от модуля зуба и должна соответствовать следующим зна чениям:

Модуль, мм ………1,5-2,25 2,5-3,5 4,0-5,5 6,0-10,0 11,0-12,0 14,0-18, Глубина слоя, мм... 0,3±0,1 0,5±0,2 0,8±0,3 1,2±0,3 1,5±0,4 1,8±0, Для проведения качественной ХТО необходимо выполнить ряд усло вий, так как только в этом случае, возможно получить высокие значения ста тической и динамической прочности, высокую износостойкость и контакт ную прочность:

1. Соблюдать указанное соотношение модуля зуба и глубины насы щенного слоя. Концентрация углерода в слое должна быть в пределах 0,8 1,0%, что обеспечит максимальную усталостную прочность при сохранении высокого сопротивления хрупкому разрушению. При содержании углерода 1,1-1,2% контактная выносливость растет, но значительно снижается предел выносливости при изгибе;

2. Твердость поверхности зубьев должна соответствовать HRC 58-65, иметь структуру мелкоигольчатого мартенсита с изолированными участками аустенита остаточного (не более 15-20%). Карбидная сетка и продукты диф фузионного распада аустенита в цементованном слое не допускаются;

3. Структура сердцевины зубьев должна состоять из низкоуглероди стого мартенсита или нижнего бейнита с твердостью HRC 30-45, присутствие структурно свободного феррита не допустимо. Повышение твердости серд цевины выше HRC 45 сопровождается снижением усталостной прочности зубьев.

Стали для шестерен, упрочняемых ХТО. Цементуемые и нитроцемен туемые стали должны иметь:

1. Достаточно высокую прокаливаемость и закаливаемость позволяю щие обеспечить требуемую твердость поверхности и сердцевины зубьев при закалке в масле. Углеродистые стали для изготовления шестерен этой группы не применяются, так как закаливаются в воде, что ведет к повышенной де формации и короблению;

2. Содержание углерода в стали в пределах 0,16-0,24%. Более перспек тивно применение стали с концентрацией углерода 0,30-0,32%, что позволяет снизить глубину диффузионного слоя на 25-40%;

3. Хорошую обрабатываемость резанием, что важно в условиях массо вого и крупносерийного производства. Высокую технологичность при тер мической обработки после ХТО.

В зависимости от назначения и размеров шестерен для их изготовления наиболее часто используются следующие стали:

1. Стали марок 15Х, 20Х, 18ХГ, 15ХФ, 20ХФ в связи с их малой про каливаемостью применяются для мелких умеренно нагруженных шестерен, работающих в основном на износ (шестерни силовых агрегатов автомобиля);

2. Стали марок 18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ, 25ХГМ широко применяют для ответственных тяжело нагруженных шестерен с высокой прочностью серд цевины зуба (обычно малого и среднего модуля и массой до 7-8 кг). Такие шестерни работают, в частности, в коробках передач и трансмиссии грузовых автомобилей и тракторов. Являясь наследственно мелкозернистыми, стали допускают непосредственную закалку после подстуживания с цементацион ного нагрева;

3. Высоколегированные хромоникелевые стали марок 12ХНЗА, 20ХНЗА, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, 18Х2Н4МА и т.д. применяются для наиболее высоко нагруженных шестерен ответственного назначения и большого попе речного сечения. Кроме того, применение данных сталей обеспечивает по лучение высокой вязкости сердцевины, поэтому шестерни могут работать под действием вибрационных и ударных нагрузок и при отрицательных тем пературах. Применение этих сталей может быть снижено за счет замены ста лями с пониженным содержанием никеля следующих марок: 18ХГНР, 20ХНР, 25ХГНМ, 15ХГН2ТА, 15Х2ГН2ТРА и др. Имея наследственную мелкозернистость и высокую прокаливаемость, стали-заменители допускают непосредственную закалку после цементации.

Технология цементации и нитроцементации. Цементацию применяют в основном для тяжело нагруженных шестерен с глубиной диффузионного слоя более 1 мм. Если глубина слоя ниже 1 мм, то, как правило, использует ся нитроцементация. Преимущества нитроцементации по сравнению с газо вой цементацией следующие: более низкая температура насыщения 830- °С вместо 900-930 °С при цементации при практически той же длительности процесса для получения одинаковой толщины слоя;

повышение износостой кости, теплостойкости и коррозионной стойкости за счет образования карбо нитридов вместо карбидов;

получение равнозначной прочности при мень шей толщине слоя;

снижение критической скорости закалки за счет насыще ния стали азотом и углеродом;

меньшая деформация шестерен при после дующей термической обработке.

Время выдержки при температуре насыщения определяется заданной чертежом детали глубиной диффузионного слоя и определяется по экспери ментально полученным данным или согласно справочников [ ]. Ориентиро вочно скорость насыщения составляет 0,10-0,12 мм /ч.

Охлаждение с температуры насыщения выполняется на воздухе или в футерованных колодцах, где для уменьшения окисления используется отра ботанная насыщающая среда. При применении цементации или нитроцемен таии с непосредственной закалкой рекомендуется использовать подстужива ние и выдержку для выравнивания температуры по сечению детали и охлаж дение со скоростью выше критической. Подстуживание до температуры за калки необходимо, т.к. позволяет существенно снизить закалочные напряже ния и количество остаточного аустенита в поверхностном слое шестерни.

Применение непосредственной закалки с подстуживанием с температур на сыщения используется только для наследственно мелкозернистых сталей.

Для углеродистых и низколегированных сталей, склонных к росту зер на аустенита при высокотемпературных нагревах, охлаждение с температуры насыщения ведется до комнатной температуры или до 500-400 °С. Затем вы полняется отдельный нагрев под закалку до температуры оптимальной для поверхностного насыщенного слоя, выдержка при этой температуре, охлаж дение со скоростью выше критической.

Для хромоникелевых сталей охлаждение с температуры ХТО прово дится до комнатной температуры или до 500-400 °С. Затем выполняется вы сокий отпуск при температуре 600-650 °С, назначение которого максималь ное выделение карбидов из твердого раствора и снятие остаточных напряже ний. После высокого отпуска проводится одинарная или двойная закалка, выбор параметров которых определяется свойствами закаленного слоя. При одинарной закалке температура нагрева выбирается оптимальной для по верхностного слоя шестерни. Использование двойной закалки позволяет ис править грубую структуру шестерни, полученную при высокой температуре ХТО. Следовательно, температура нагрева под первую закалку выбирается оптимальной для сердцевины детали, где содержание углерода равно его со держанию в стали. Температура нагрева под вторую закалку является опти мальной для поверхностного слоя детали, полученного после насыщения при ХТО. Иногда вместо первой закалки проводится отжиг нормализация с тех нологическими параметрами оптимальными для сердцевины шестерни.

Заключительной операцией технологического процесса термической обработки шестерен, изготовленных из всех марок, и подвергшихся ХТО, яв ляется низкий отпуск при температуре 160-200 °С. Параметры отпуска опре деляются требуемыми, согласно чертежа, свойствами поверхностного слоя.

Основное назначение низкого отпуска снятие остаточных напряжений шес терен.

Технология азотирования шестерен. Проведение азотирования по сравнению с цементацией и нитроцементацией повышает работоспособность шестерен при повышенных температурах 500 °С. При этом детали имеют большую износо- и коррозионную стойкость при минимальной деформации в процессе термической обработки. Это связано с тем, что перед азотировани ем шестерни проходят улучшение (закалка + высокий отпуск). Кроме того, операция азотирования проводится при более низких температурах, чем це ментация и нитроцементация. Для азотирования используются только леги рованные стали: 40Х, 40ХН, 38ХМЮА, 40ХН2М и др. В практике термиче ской обработки применяется в основном два вид азотирования: газовое и ионное – более прогрессивное. В качестве насыщающей среды при азотиро вании используются продукты распада аммиака.

Перед азотированием детали проходят очистку поверхности (обезжи ривание). Температура азотирования находится в интервале 500-620 °С. Не обходимо помнить, что чем ниже температура насыщения, тем выше твер дость и износостойкость поверхностного слоя. Глубина азотированного слоя указывается в чертеже шестерни и обычно равна 0,1-0,6 мм. Время процесса насыщения определяется глубиной слоя и находится согласно справочных данных. Азотирование процесс длительный т.к. время выдержки лежит в пределах 20-60 ч. Для ускорения процесса используется ионное азотирова ние, что позволяет снизить время выдержки в 3-4 раза. После завершения выдержки при ХТО охлаждение проводится с печью до 300-150 °С в отрабо танной атмосфере азотирования с последующим охлаждением на воздухе.

Шестерни, упрочняемые поверхностной закалкой т.в.ч. В зависи мости от размеров, модуля и условий работы шестерен применяется несколь ко вариантов поверхностной закалки при индукционном нагреве. На практи ке применяется закалка т.в.ч.: со сквозным прогревом зуба;

объемно поверхностная закалка;

закалка «по впадине».



Pages:     | 1 | 2 || 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.