Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Типовые режимы термической обработки

Для изготовления автомобильных рессор применяют стали 60С2(А),50ХГ(А),50ХФА,50ХГФАи др. Рессорные листы нарезают в холодном состоянии, затем в них пробивают отверстия, оттягивают концы и в горячем состоянии загибают ушки. Термическую обработку рессорных листов, например из стали 50ХГФА, проводят по следующему режиму. Листы загружают в закалочную газовую конвейерную печь (температура I зоны 600...700° С, II зоны 800...850° С и III зоны 850...880° С). Выдержку дают из расчета 1,2...1,5 мин на 1 мм сечения. После нагрева рессорные листы помещают в гибочнозакалочную машину, в которой производится гибка и закалка с охлаждением в циркулирующем масле (температура масла 40...60° С).

После закалки рессорные листы подвергают отпуску в газовой конвейерной печи при 550...600° С с выдержкой 40...45 мин. Рессорные листы укладывают на конвейер печи на ребро. После отпуска рессорные листы поступают на конвейер охлаждающего бака. Быстрое охлаждение водой после отпуска препятствует возникновению отпускной хрупкости, не нарушает потока и улучшает условия работы в цехе. После отпуска рессорные листы подвергают дробеструйной обработке, что значительно повышает их предел выносливости. Остаточные напряжения сжатия наружных слоев, вызванные обдувкой дробью, уменьшают напряжения растяжения в наружных волокнах, увеличивая долговечность рессорного листа.

В процессе термической обработки контролируют: а) твердость после закалки (одного комплекта через каждые 2 ч работы) (HRC 50...60); б) прилегание листов рессоры в сборе (через каждые 2 ч работы); в) твердость после отпуска (HRC 40...45).

Для проверки результатов термической обработки иногда рессоры выборочно подвергают испытанию на выносливость.

Кроме обычной закалки эффективны индукционный нагрев пружин и рессор, изотермическая закалка и особенно термомеханическая обработка.

Упрочнение закалкой с последующим старением. Материалом, упрочняемым закалкой и старением, является бериллиевая бронза. Изготовленные из ленты (штамповкой, вытяжкой, гибкой и т. п.), прутков (обработкой на станках), проволоки (путем навивки) детали перед закалкой обезжиривают в бензине или ацетоне, промывают в холодной и кипящей воде и сушат теплым воздухом или в термостате при температуре не выше 120° С. Подготовленные детали помещают в коробки, засыпают древесным углем, нагревают в печи до 760...800° С с выдержкой 8...15 мин, охлаждают в холодной воде и затем сушат.

Закаленные детали подвергают старению (дисперсионному твердению) при 260...400° С (в зависимости от требуемых свойств) с выдержкой после нагрева от 1 до 4 ч и охлаждением на воздухе.

Во избежание коробления старение деталей проводят в специальных приспособлениях. После термической обработки детали контролируют. Твердость в зависимости от условий работы деталей НV 200...400.

Закалке подвергают также заготовки с последующим изготовлением из них деталей по следующему технологическому процессу: отрезка или вырубка заготовок; обезжиривание, промывка, сушка; закалка; полирование заготовок (при необходимости); изготовление деталей; обезжиривание, промывка и сушка деталей, старение; контроль.

Таблица 7.1. Механические свойства в зависимости от обработки

Термообработка (комплекс), состояние	Термооб-работка, ºC	Термооб-работка, среда	Сечение, мм	Ϭ_0,2, МПа	Ϭ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %	HB	HRC
Закалка Отпуск	880 500	Масло Воздух


Закалка Отпуск	850 470	Масло Воздух	Образцы
закалка Отпуск	870 330	Соль Воздух							42... 48
Закалка Отпуск	850 440	Масло Воздух							42... 47
Закалка		Масло
Закалка Отпуск	850 200	Масло
Закалка Отпуск	850 300	Масло
Закалка Отпуск	850 450	Масло
Закалка Отпуск	850 500	Масло

8. МЕТОДЫ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ИЗ РАССМАТРИВАЕМОЙ СТАЛИ

В результате поверхностной закалки увеличивается твердость поверхностных слоев изделия с одновременным повышением сопротивления истиранию и предела выносливости. Общим для всех видов поверхностной закалки является нагрев поверхностного слоя детали до температуры закалки с последующим быстрым охлаждением. Эти способы различаются методами нагрева деталей. Толщина закаленного слоя при поверхностной закалке определяется глубиной нагрева.
Наибольшее распространение имеют электротермическая закалка с нагревом изделий токами высокой частоты (ТВЧ) и газопламенная закалка с нагревом газово-кислородным или кислородно-керосиновым пламенем.

Закалка токами высокой частоты:

Метод разработан советским ученым Вологдиным В.П.
Основан на том, что если в переменное магнитное поле, создаваемое проводником-индуктором, поместить металлическую деталь, то в ней будут индуцироваться вихревые токи, вызывающие нагрев металла. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой. Обычно используются машинные генераторы с частотой 50…15000 Гц и ламповые генераторы с частотой больше 10⁶ Гц. Глубина закаленного слоя – до 2 мм. Индукторы изготавливаются из медных трубок, внутри которых циркулирует вода, благодаря чему они не нагреваются. Форма индуктора соответствует внешней форме изделия, при этом необходимо постоянство зазора между индуктором и поверхностью изделия. После нагрева в течение 3…5 с индуктора 2 деталь 1 быстро перемещается в специальное охлаждающее устройство – спрейер 3, через отверстия которого на нагретую поверхность разбрызгивается закалочная жидкость.
Высокая скорость нагрева смещает фазовые превращения в область более высоких температур. Температура закалки при нагреве токами высокой частоты должна быть выше, чем при обычном нагреве. При правильных режимах нагрева после охлаждения получается структура мелкоигольчатого мартенсита. Твердость повышается на 2…4 HRC по сравнению с обычной закалкой, возрастает износостойкость и предел выносливости.
Перед закалкой ТВЧ изделие подвергают нормализации, а после закалки низкому отпуску при температуре 150…200^oС (самоотпуск). Наиболее целесообразно использовать этот метод для изделий из сталей с содержанием углерода более 0,4 %.

Преимущества метода:

большая экономичность, нет необходимости нагревать все изделие;
более высокие механические свойства;
отсутствие обезуглероживания и окисления поверхности детали;
снижение брака по короблению и образованию закалочных трещин;
возможность автоматизации процесса;
использование закалки ТВЧ позволяет заменить легированные стали на более дешевые углеродистые;
позволяет проводить закалку отдельных участков детали.

Основной недостаток метода – высокая стоимость индукционных установок и индукторов. Целесообразно использовать в серийном и массовом производстве.

Газопламенная закалка.

Нагрев осуществляется ацетиленокислородным, газокислородным или керосинокислородным пламенем. Структура поверхностного слоя после закалки состоит из мартенсита, мартенсита и феррита. Толщина закаленного слоя 2…4 мм, твердость 50…56 HRC.
Метод применяется для закалки крупных изделий, имеющих сложную поверхность (косозубые шестерни, червяки), для закалки стальных и чугунных прокатных валков. Используется в массовом и индивидуальном производстве, а также при ремонтных работах. При нагреве крупных изделий горелки и охлаждающие устройства перемещаются вдоль изделия, или – наоборот.

Недостатки метода:

невысокая производительность;
сложность регулирования глубины закаленного слоя и температуры нагрева (возможность перегрева).

9. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕЖИМА ОБРАБОТКИ.

В зависимости от режима обработки стали, будут приобретены различные механические свойства, которые требуется получить для производства той или иной стали. Ниже приведена таблица механических свойств в зависимости от температуры отпуска полученных при закалке с 850 ^оС в масле и после отпуска с охлаждением в масле.

Таблица 9.1. Механические свойства в зависимости от температуры отпуска для стали 50ХГФА

t_отп, °С	Ϭ_0,2, МПа	Ϭ_в, МПа	δ₅, %	ψ, %	HRC
					52...54
					50...51
					48...49
					45...47
					43...44

10. ОТПУСКНАЯ ХРУПКОСТЬ.

Работа пружин, рессор и тому подобных деталей характеризуется тем, что в них используют только упругие свойства стали. Большая суммарная величина упругой деформации пружины (рессоры и т. д.) определяется ее конструкцией — числом и диаметром витков, длиной пружины. Поскольку возникновение пластической деформации в пружинах не допускается, то от материала подобных изделий не требуется высокой ударной вязкости и высокой пластичности. Главное требование состоит в том, чтобы сталь имела высокий предел упругости (текучести). Это достигается закалкой с последующим отпуском при температуре в районе 300...400° С. При такой температуре отпуска предел упругости (текучести) получает наиболее высокое значение, а то, что эта температура лежит в интервале развития отпускной хрупкости I рода, в силу отмеченного выше обстоятельства не имеет большого значения.

11. ХЛАДОСТОЙКОСТЬ.

Механические свойства и хладостойкость стали определяются прежде всего тремя механизмами упрочнения: 1) измельчением зерна; 2) упрочнением феррита атомами легирующих элементов и примесей, образующими твердые растворы внедрения и замещения; 3) упрочнением выделениями частиц второй фазы различной степени дисперсности.

Углерод, хотя и способствует эффективному упрочнению, резко снижает вязкость и пластичность стали, способствуя повышению хладостойкости. Принято считать, что увеличение содержания углерода в стали на каждые 0,1 % повышает порог хладостойкости на 20 ºC

Введение в углеродистую сталь до 2 % марганца и до 0,8 % кремния упрочняет ферритную матрицу благодаря образованию твердого раствора замещения. Легирование марганцем измельчает зерно и увеличивает вязкость феррита, что повышает величину работы распространения трещины при низких температурах. Легирование стали малыми добавками титана, ниобия и ванадия позволяет получать мелкодисперсные выделения второй фазы типа VC, TiC, Nb(C,N), V(C,N), эффективно упрочняющие матрицу. Эти же элементы способствуют измельчению зерна и снижают склонность стали к его росту. На границах зерен образуются дисперсные частицы карбидов и карбонитридов ниобия, титана и ванадия, тормозящие рост зерен при нагревании. Увеличение содержания этих элементов более 0,15 %, хотя и увеличивает прочность, но одновременно повышает склонность стали к хрупкому разрушению.

Из всех легирующих элементов никель в наибольшей степени понижает хладостойкость стали. Никель и железо полностью растворимы друг в друге, имеют близкое строение кристаллических решеток. Никель не является карбидообразующим элементом, он находится в твердом растворе в феррите или аустените. Никель упрочняет феррит и одновременно увеличивает его вязкость. Никель увеличивает прокаливаемость стали, измельчает зерно, а также снижает концентрацию примесей на дислокациях и уменьшает блокирование дислокаций примесными атомами внедрения. Введение 1 % Ni снижает порог хладостойкости примерно на 20 К. Хром несколько повышает прочность стали и при содержании до 1 % увеличивает ее вязкость. Увеличение концентрации хрома более 1,5 % приводит к повышению порога хладостойкости. Наиболее перспективным способом измельчения является микролегирование такими карбидообразующими элементами, как V, Ti, Nb, Zr. Оптимальными для получения максимальной трещиностойкости и хладостойкости являются литые стали, имеющие предел текучести от 300...400 МПа, так как они обладают рациональным сечением характеристик прочности и пластичности. Стали с пределом текучести меньше 300 МПа не могут быть использованы в качестве хладостойких в связи с низкими характеристиками прочности. Стали с пределом текучести более 800 МПа обладают низкой хладостойкостью вследствие пониженной пластичности. Эти стали в условиях низких климатических температур могут быть использованы лишь в качестве износостойких. Из всего вышеперечисленного следует, что сталь 50ХГФА обладает низкой хладостойкостью, так как её предел текучести равен 1200 МПа.

12. ПРОКАЛИВАЕМОСТЬ, ОПРЕДЕЛЕННАЯ РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ.

Прокаливаемость стали - это способность стали приобретать при закалке мартенситную структуру в слое той или иной глубины. Прокаливаемость зависит от состава стали, условий нагрева и охлаждения и других факторов, но в первую очередь определяется кинетикой превращений аустенита; чем больше устойчивость аустенита при температурах перлитного и бейнитного превращений, тем выше прокаливаемость. Прокаливаемость определяется экспериментально (например, методом торцовой закалки), а также расчётным путём (на основе диаграмм превращений аустенита). В большинстве случаев для получения однородных механических свойств по сечению изделия требуется сквозная прокаливаемость, т.к. наличие в структуре немартенситных продуктов превращений аустенита (феррита, перлита, бейнита) ведёт к понижению пластичности и ударной вязкости после закалки и отпуска.

Рисунок 12.1. Кривая прокаливаемости по верхнему приделу

Рисунок 12.2. Полоса прокаливаемости стали 50ХГФА после нормализации и закалки при 850^оС

13. ВИДЫ БРАКА ЗАГОТОВОК И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ, ПРИЧИНЫ И МЕТОДЫ БОРЬБЫ.

После термической обработки возможны следующие виды брака:

Дефекты при закалке.

1.Недогрев - возникает в том случае, если сталь была нагрета до температуры

ниже критической. Часть сорбита не превращается в аустените, в результате

закалки получается структура имеющая низкую твёрдость. Этот дефект можно исправить для чего недогретую сталь отжигают, а затем проводят нормальную закалку.

2.Перегрев - получается, если сталь была нагрета до температуры намного выше критической или при оптимальной температуре была дана слишком большая выдержка. При перегреве идёт рост зерна аустенита, мартенсит становится хрупкостойким. Исправляется отжигом, закалкой.

3. Пережог - получается в том случае, если сталь была недогрета до температуры близкой к температуре плавления. Пережог характеризуется оплавлением и в связи с этим окислением металла по границам зёрен, поэтому сталь становится очень хрупкой. Пережого является неисправимым браком.

4. Закалочные трещины - возникают в результате резкого охлаждения или нагрева, перегрева, неравномерного охлаждения, наличие в деталях острых

углов, рисок и п.т.

5. Пятнистая закалка - возникает если на поверхности детали окалина, загрязнение, неравномерная структура. В некоторых зонах вместо мартенсита может быть троостит или сорбит. Этот брак устраняется путём очистки деталей и перед закалкой проводят контроль стали на однородность.

Дефекты возникающие при отпуске.

1. Недоотпуск - получается при температуре отпуска ниже нормальной в результате сталь на достигает требуемых свойств. Исправить недоотпуск можно дополнительным отпуском.

2. Переотпуск - получается при температуре отпуска выше нормальной или изменении длительности отпуска. В результате переотпуска сталь не достигаеттребуемых свойств. Сталь имеет пониженную твёрдость и прочность.

⇐ Предыдущая 1 23

Воспользуйтесь поиском по сайту: