Технология закалки и отпуска

Закалка: нагрев до температуры аустенитизации производится со скоростью 1,5 мин на 1 мм расчетного сечения:

ч;

выдержка для выравнивания температуры по всему сечению вала определяется из расчета 1/3 времени нагрева:

τ₂ = 1/3 · 10 ≈ 3,5 ч.

С учетом V_кр принимаем в качестве среды охлаждения при закалке минеральное масло. Время пребывания детали в масле для сечения 400 мм составит 100 мин. Принимаем τ₃ = 2 ч;

Отпуск: выдержка при температуре 300…400⁰ С для сечения менее 600 мм: τ₂ = 2 ч; время нагрева от 350⁰ С до 580…600⁰ С определяем из расчета 70…80 град/час:

ч;

выдержка при температуре отпуска принимается из расчета 2 часа на каждые 100 мм сечения:

ч;

для стали 40Х, как склонной к отпускной хрупкости II рода, принимаем охлаждение с температуры отпуска в масле, время пребывания в масле после отпуска принимаем для сечения 400 мм: τ₄ = 1 ч. Общее время закалки и отпуска:

τ_общ = 15,5 + 14,5 = 30 ч.

На стадии окончательной термической обработки при нагреве доэвтектоидной стали выше Ас₁, а затем и Ас₃ структура, состоящая из феррита и перлита, превращается в аустенит. Процесс этот носит кристаллизационный характер и состоит в зарождении центров γ-фазы с последующим их ростом. Центры образуются на границе раздела «феррит – цементит» на базе фазовых флуктуаций. Образовавшийся аустенит неоднороден по содержанию углерода. Для гомогенизации аустенита необходима выдержка при температуре аустенитизации (но не выше 930⁰ С, после которой начинается интенсивный рост зерна).

При охлаждении аустенита ниже точки М_н, т.е. при низких температурах, когда диффузия невозможна, возникает мартенситное превращение, бездиффузионное, с образованием мартенсита – пересыщенного твердого раствора углерода в α – железе. Мартенсит имеет игольчатую форму кристаллов, высокую твердость и хрупкость, в структуре сохраняется также некоторое количество остаточного аустенита.

При отпуске в диапазоне температур 580…600⁰ С происходит распад остаточного аустенита, выделение из мартенсита углерода и его коагуляция, происходит полное обеднение α – фазы углеродом и ее полная полигонизация. Образовавшаяся в результате улучшения структура называется сорбитом отпуска.

Легирование стали хромом повышает прокаливаемость, поэтому по всему сечению вал-шестерни после улучшения будет структура сорбита отпуска с твердостью 280…300 НВ.

Колесо цилиндрическое из стали 35Л-III

Сталь 35Л-III – углеродистая конструкционная качественная сталь для отливок. Применяется для изготовления деталей машин. Содержит 0,35% С, до 1% Mn, термоулучшаемая, нецементуемая. По качеству литья – III группа, т.е. особо ответственного назначения, содержание S и P ограничено до 0,05% каждого. Сталь доэвтектоидная, в равновесном состоянии структура: перлит + феррит. Литая сталь имеет неоднородную структуру и значительные внутренние напряжения. Микроструктура отливки колеса из стали 35Л-III будет иметь игольчатой формы феррит и грубопластинчатый перлит с крупным зерном (так называемая видманштеттова структура). Литая сталь с такой структурой имеет низкие механические свойства (пластичность и вязкость). Для исправления указанных дефектов литой стали деталь подвергают полному отжигу по режиму, приведенному на рисунке 2.7.

Технология отжига: температура определяется в зависимости от значения Ас₃: t_н = Ас₃ + (40…50)⁰ С = 805+45=850⁰ С;

Посадка в печь может производиться при 400⁰ С еще теплой отливки. Нагрев выполняется медленно, чтобы предотвратить резкие перепады температуры по сечению отливки. Время нагрева определится с учетом скорости 60 град/ч:

Рисунок 2.7 - График технологии отжига литого колеса из стали 35Л-III

ч.

Затем делается остановка при температуре 650⁰С с выдержкой из расчета 1 час на 150 мм сечения: τ₂ = 1 ч (ориентируясь на размер 90 мм). Далее, до температуры аустенитизации нагрев продолжается со скоростью 70...80 град/ч:

ч.

Выдержка при температуре 850⁰ С из расчета 1 ч на 25 мм сечения:

ч.

Затем медленное охлаждение с печью со скоростью 40…50 град/ч:

ч.

По достижении температуры 640…660⁰ С выдержка из расчета 1 ч на 100 мм сечения: τ₆ = 1 час. Охлаждение медленное, со скоростью 15 град/ч до температуры 400⁰ С:

ч.

Затем отливка может быть выгружена на пролет. Общая продолжительность отжига 38 часов.

После отжига грубая литая феррито-перлитная структура, благодаря фазовой перекристаллизации и образованию в процессе нагрева до 850⁰ С аустенита с мелким зерном, преобразуется в мелкозернистую феррито-перлитную структуру с равноосными зернами. Полный отжиг полностью снимает внутренние напряжения и, благодаря мелкой структуре, обеспечивает хорошие механические свойства, твердость до 200 НВ.

Головка дизелей из чугуна ВЧ60-2

ВЧ60-2 – высокопрочный чугун, механические свойства его: σ_в ≥ 600 МПа, δ ≥ 2%. Форма графита – шаровидная, структура металлической основы – перлитная. Учитывая сложность конфигурации отливаемой детали и условия работы головки дизелей (повышенная температура и вибрации), в качестве термической обработки отливки принимаем низкотемпературный отжиг для снятия внутренних напряжений (литейных). Отжиг для снятия напряжений заключается в медленном (60…70⁰С/час) нагреве до 500⁰С, кратковременной выдержке при этой температуре и медленном охлаждении (с печью) до температуры 150⁰С, затем отливку можно выгрузить на пролет цеха. График технологии отжига приведен на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 – График технологии отжига отливок для снятия

внутренних напряжений

 

При таком отжиге не произойдет изменений структуры и механических свойств, только снятие 80…90% внутренних напряжений. Перлитный высокопрочный чугун ВЧ60-2 имеет в отливке твердость 197…269 НВ, что соответствует заданной.

 

Лопасти винтов вертолета

АВ – алюминиевый сплав (авиаль – сокр. авиационный алюминий), деформируемый в холодном и горячем состоянии литейный сплав. Содержит в своем составе Cu, Mq, Mn и Si. Сплав упрочняется термической обработкой. Особенностью данного сплава является способность образовывать пересыщенные твердые растворы, т.к. входящие в состав сплава элементы имеют уменьшающуюся растворимость в алюминии при понижении температуры (закалке). Со временем такой твердый раствор претерпевает распад (старение), состоящее в выделении мелкодисперсных фаз. Это приводит к упрочнению сплава. Основной упрочняющей фазой в сплаве авиаль является химическое соединение Mq₂Si. Закаливают авиаль в воде с нагрева до 515…525⁰С. Естественное старение происходит при комнатной температуре в течение 2…3 дней. При нагреве до 140…160⁰С происходит искусственное старение, продолжительность которого 12 часов. После термической обработки сплав АВ имеет твердость 95 НВ по всему сечению Δ 8 мм (т.к. теплопроводность сплава велика) и высокую пластичность.

Технология термической обработки в виде графика представлена на рисунке 2.9. Деталь изготавливается методом литья, затем отливка подвергается отжигу для исправления трубой литой структуры при температуре 340…370⁰С. Охлаждение после отжига на воздухе. Твердость после отжига – 30 НВ.

Рисунок 2.9 – Графики технологии отжига (а), закалки (б) и искусственного

старения (в) отливки лопасти винта из сплава АВ

 

После термического упрочнения сплав удовлетворительно обрабатывается резанием.

Поскольку теплопроводность алюминиевых сплавов очень велика, время нагрева при малых сечениях Δ 8 и время выдержки при достижении температур нагрева при отжиге или закалке может быть принято в пределах получаса.

 

Задание № 4

Для каждого из десяти марок сплавов (в соответствии с заданным вариантом) Ст2пс, 25, 65Г, 90ХФ, 55Г2А, АК4-2, БрАЖ10-4, АЛ3, ВТ1-00, БС указать:

- название сплава;

- химический состав сплава (если это возможно, исходя из марочного обозначения, не прибегая к учебникам или справочной литературе);

- для стали указать структурный класс в отожженном (равновесном) состоянии, качество, способ раскисления, общее назначение, отношение к термообработке;

- для чугуна указать механические свойства исходя из марочного обозначения, указать также форму графита;

-для сплава на основе меди указать способ изготовления заготовки.

 

Ст2пс – конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества, полуспокойная (т.е. раскислена марганцем и кремнием) доэвтектоидная. Химический состав и механические свойства регламентируются ГОСТ380-88. Применяют эту сталь (обычно в состоянии поставки или после нормализации) для деталей неответственного назначения и сварных конструкций.

 

Сталь 25 – конструкционная углеродистая качественная сталь, содержит 0,25% углерода, полностью раскисленная, доэвтектоидная, в равновесном (отожженном) состоянии структура состоит из феррита и перлита; свариваемая, цементуемая. Без цементации применяется для изготовления неответственных небольших деталей, т.к. обладает невысокой прочностью. После цементации, закалки и низкотемпературного отпуска детали из стали 25 хорошо работают в условиях трения при малых нагрузках.

 

Сталь 65Г – сталь конструкционная рессорно-пружинная, качественная. Содержит 0,65% С и 1% Mn, раскислена полностью, доэвтектоидная. Структура в отожженном состоянии: перлит + феррит. Применяется для изготовления пружин, рессор и других деталей, от которых требуются высокие упругие свойства и износостойкость. Сталь 65Г закаливаемая, после закалки обычно назначается среднетемпературный отпуск.

 

Сталь 90ХФ – низколегированная инструментальная сталь, качественная, полностью раскисленная. Содержит 0,90% С, 1% Cr и 1% V. Сталь заэвтектоидная, структура в отожженном состоянии: перлит + цементит. Применяется для изготовления пил, ножей, рабочих и опорных валков холодной прокатки. Сталь закаливаемая. После закалки и низкотемпературного отпуска имеет высокую твердость закаленного слоя.

 

Сталь 55Г2А – низколегированная конструкционная высококачественная. Содержит 0,55% С, 2% Mn. Содержание вредных примесей S и Р не более 0,025% каждого. В отожженном состоянии структура стали состоит из перлита и феррита. Сталь улучшаемая. Применяется для различных деталей машин: валков, шестерен, осей, пружин, валков горячей прокатки и др.

 

АК4-2 – жаропрочный алюминиевый сплав. Жаропрочность обеспечивают устойчивые против коагуляции дисперсные частицы. Используется для деталей, работающих при температуре до 300⁰С.

 

БрАЖ10-4 – безоловянистая алюминиевая бронза. Содержит 10% Al, 4% Fe, остальное – медь. Представляет собой как литейный, так и обрабатываемый давлением сплав.

 

АЛ3 – алюминиевый литейный сплав силумин. Цифра 3 – номер сплава, подвергается искусственному старению.

 

ВТ1-00 – технический титан, содержащий 99,53% Ti.

 

БС – баббит, антифрикционный сплав свинца с сурьмой и небольшими добавками меди.

 

Список использованной литературы

1 Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. – М.: Машиностроение. 1980. – 493 с.

2 Гуляев А.П. Металловедение. – М: Металлургия, 1978. – 646 с.

3 Атлас диаграмм изотермического распада аустенита. Кафедра МТиТОМ. ДГМА.

4 Графики режимов термообработки. Кафедра МТиТОМ. ДГМА.

5 Навчальний посібник “Розробка технології термічної обробки сталевих виробів”. Бєлкін М.Я., Заблоцький В.К., Шашко О.Я. Краматорськ 2003. ДДМА.

Поиск по сайту: