Главная


Технология металлов и сварка




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 17 ... 51 ... 85 ... 119 ... 153 ... 187 ... 221 ... 255 ... 289 ... 323 ... 357 ... 391 ... 425 ... 459 ... 465
102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135


скачать книгу Технология металлов и сварка




! превращается в перлит. От точки 5' до точки 6 из феррита выделяется : третичный цементит. По мере увеличения содержания углерода вплоть до 0,8% на микрофотографиях шлифов доэвтектодных сталей появляется перлит, который находится между светлыми зернами ферри­та (рис. 41, в). При увеличении концентрации углерода в стали коли­чество перлита пропорционально возрастает. На рис. 41, г показан микрошлиф стали, содержащий 0,8% С (пластинчатый перлит).
...
Заэвтектоидные стали (рис. 41, д), содержащие от 0,8% до 2% С, состоят из перлита и вторичного цементита. При медленном охлажде­нии вторичный цементит кристаллизуется по границам зерен аустени­та, образуя твердую и хрупкую обаточку в виде сетки. Выделение вто­ричного цементита в виде сет ки и цементита в виде пластинок нежела­тельно, так как сталь с такой структурой обладает повышенной хруп­костью. Поэтому стремятся получить цементит в виде зерен.
...
Охлаждение эвтектического сплава Ks, содержащего 4.3% С, протекает так: между точками J—2 сплав находится в жидком состоя­нии. Линия 2—2' соответствует эвтектическому превращению — жидкий сплав затвердевает с образованием ледебурита. По линии 2'—3 из аустенита выделяется вторичный цементит. Участок 3—3' соответствует эвтектоидному превращению, а по линии 3'—4 из фер­рита выделяется третичный цементит. Микроструктура чугуна эв­тектического состава, показанная на рис. 41, ж, состоит из ледебури­та, в котором темные составляющее — продукты распада аустенита (перлит), а светлые составляющие — цементит.
...
отвечает эвтектическому превращению, по линии 3— 4 из аустенита:. выделяются кристаллы вторичного цементита. Линия 4—4' — эвтек-'. тоидное превращение в сплаве. Между точками 4' и 5 выделяется тре­тичный цементит.
...
В структуре заэвтектических чугунов также имеется ледебурит, но здесь он располагается между светлыми иглами первичного цемен­тита, выпадающего из чугунного расплава при его затвердевании (рис. 41, з).
...
Сталь. Химический состав изменяет не только структуру, но и свойства стали. Влияние углерода на структуру сплава подробно-рассмотрено при изложении диаграммы состояния системы Fe—С, однако следует отметить, что с увеличением содержания углерода повышается твердость, прочность, но снижается пластичность. На механические свойства стали также влияет форма и размер частиц ферритоцементитной смеси. Твердость и прочность тем выше, чем больше дисперсность частиц этой смеси. Если в стали содержится цементит зернистой формы, а не пластинчатый, то она имеет пластич­ность более высокую при одинаковой твердости. Содержание углерода оказывает влияние на технологические свойства; с увеличением со­держания углерода в стали улучшается обработка резанием, повыша­ется закаливаемость и чувствительность к старению, перегреву, ох­лаждению и одновременно ухудшается свариваемость. Большое влия­ние на свойства стали оказывают различные примеси, которые разде­ляют на постоянные или обычные, с крыше и случайные.
...
К постоянным примесям стали относятся Мп, Si, S и Р, а так­же газы (азот, водород, кислород), а к случайным — примеси, ко­торые попадают с шихтовыми материалами (например, в рудах со­держатся Си, As, Сг и др.). Иногда к стали специально добавляют серу и фосфор, так как они облегчают обработку резанием.
...
Сера ухудшает пластичность и вязкость и придает стали красно­ломкость, т. е. хрупкость при высоких температурах. Сера в железе не растворяется, а образует сернистое железо (FeS), которое с железам при 985° С создаст легкоплавкую эвтектику, располагающуюся в ос­новном по границам зерен. При нагреве выше 985° С эвтектика пла­вится, разобщая зерна стали. При горячей обработке такой стали дав­лением по границам зерен появляются трещины. Чем меньше в стали содержание серы, тем сталь качественнее.
...
Фосфор вызывает хладноломкость, проявляющуюся в склонности образовывать трещины при комнатной температуре и особенно при температурах ниже нуля. Одновременно фосфор ухудшает пластич­ность и вязкость. Фосфор растворяется в феррите и повышает прочность стали. Однако при содержании выше 0,1 % Р хладолом кость стали резко усиливается. Фосфор имеет большую склонность к ликвации при кристаллизации стали. Это приводит к образованию отдельных участ-
...
отвечает эвтектическому превращению, по линии 3— 4 из аустенита:. выделяются кристаллы вторичного цементита. Линия 4—4' — эвтек-'. тоидное превращение в сплаве. Между точками 4' и 5 выделяется тре­тичный цементит.
...
Марганец является раскислителем стали, нейтрализует вредное влияние серы. Он растворяется в феррите и цементите. При обычном содержании он повышает прочность стали.
...
Чугун. Микроструктура чугуна зависит не только от химичес­кого состава, но и от скорости охлаждения при переходе из жидкого состояния в твердое. При сравнительно быстром охлаждении жидкого чугуна углерод может выделяться в форме цементита, который распо­лагается отдельными включениями в основной металлической массе. Если в чугуне весь углерод находится в виде цементита, то чугун на­зывают белым. Цвет излома такого чугуна белый, блестящий.
...
Марганец является раскислителем стали, нейтрализует вредное влияние серы. Он растворяется в феррите и цементите. При обычном содержании он повышает прочность стали.
...
Чугун. Микроструктура чугуна зависит не только от химичес­кого состава, но и от скорости охлаждения при переходе из жидкого состояния в твердое. При сравнительно быстром охлаждении жидкого чугуна углерод может выделяться в форме цементита, который распо­лагается отдельными включениями в основной металлической массе. Если в чугуне весь углерод находится в виде цементита, то чугун на­зывают белым. Цвет излома такого чугуна белый, блестящий.
...
В доэвтектических чугунах (рис. 42, а, б) цементит распш7агается между более темными зернами перлита (продукта распада аустенита). Форма их соответствует форме первоначальных выделений аустенита. Поэтому микроструктура белых чугунов сохраняет тот вид, который она имела бы при высокой температуре (между линиями ECF и PSK диаграммы состояния).
...
Микроструктура белого чугуна эвтектического состава представле­на на рис. 42, в. Темные составляющие структуры ледебурита — продукты распада аустенита (перлит), а светлые — цементит.
...
В структуре заэвтектических чугунов также имеется ледебурит, располагающийся между светлыми иглами первичного цементита (рис. 42, г).
...
При медленном охлаждении жидкого чугуна углерод выделяется из расплава в виде графита, распределяющегося внутри металлической массы в форме отдельных включений. Графит придает чугуну серый цвет в изломе. В связи с этим чугуны, в которых наблюдается вкрап­ление свободного графита, называют серыми. В серых чугунах графит может иметь форму тончайших прожилок или пластинок (чешуек), сфероидальных частичек и хлопьев. Графит уменьшает прочность металлической массы чугуна и снижает его сопротивление ударным нагрузкам.
...
Путем измельчения и более равномерного распределения графитовых включений в основной металлической массе можно существенно улуч­шить механические свойства серого чугуна. Процесс графитизации серого чугуна регулируют изменением скорости охлаждения и леги­рованием металлической основы.
...
Установлено, что различные элементы, искусственно вводимые в состав чугуна при его выплавке, по-разному воздействуют на основ­ную металлическую массу и степень графитизации чугуна. Например, кремний способствует выделению углерода в виде графита, чем и улуч­шает литейные свойства чугуна. Обычно в серых чугунах содержится 0,8-4,5% Si.
...
В доэвтектических чугунах (рис. 42, а, б) цементит распш7агается между более темными зернами перлита (продукта распада аустенита). Форма их соответствует форме первоначальных выделений аустенита. Поэтому микроструктура белых чугунов сохраняет тот вид, который она имела бы при высокой температуре (между линиями ECF и PSK диаграммы состояния).
...
Микроструктура белого чугуна эвтектического состава представле­на на рис. 42, в. Темные составляющие структуры ледебурита — продукты распада аустенита (перлит), а светлые — цементит.
...
В структуре заэвтектических чугунов также имеется ледебурит, располагающийся между светлыми иглами первичного цементита (рис. 42, г).
...
При медленном охлаждении жидкого чугуна углерод выделяется из расплава в виде графита, распределяющегося внутри металлической массы в форме отдельных включений. Графит придает чугуну серый цвет в изломе. В связи с этим чугуны, в которых наблюдается вкрап­ление свободного графита, называют серыми. В серых чугунах графит может иметь форму тончайших прожилок или пластинок (чешуек), сфероидальных частичек и хлопьев. Графит уменьшает прочность металлической массы чугуна и снижает его сопротивление ударным нагрузкам.
...
Путем измельчения и более равномерного распределения графитовых включений в основной металлической массе можно существенно улуч­шить механические свойства серого чугуна. Процесс графитизации серого чугуна регулируют изменением скорости охлаждения и леги­рованием металлической основы.
...
Марганец, наоборот, препятствует выделению углерода в виде графита и способствует отбеливанию чугуна. Содержание в чугуне до 1,2% марганца полезно, так как он увеличивает прочность и твер­дость чугуна и частично обессеривает его. При более высоком содержа­нии марганца чугун становится хрупким.
...
Фосфор повышает жидкотекучесть чугуна, поэтому содержание его в небольших количествах {до 0,4%) допустимо. В ответственных чугунных отливках должно быть по возможности меньше фосфора (до 0,15%), так как он увеличивает хрупкость чугуна.
...
Сера затрудняет выделение графита, увеличивает усадку и хруп­кость чугуна, ухудшает его жидкотекучесть. Содержание в чугунах брлее 0,1% серы не допускается.
...
1)ферритные, в которых весь углерод находится в виде гра­фита. Структура таких чугунов (рис. 43, а) —феррит (светлые зерна) и графит (темные прожилки);
...
2)феррито-перлитные, в которых часть углерода находится в связанном состоянии, т. е. в виде Fe3C, входящего в сос­тав перлита. Структура чугунов (рис. 43, б) — пластинчатый перлит и феррит (светлые зерна) и графит (черные пластинки);
...
фикаторов). Они изменяют структуру металлической основы чугуна, почти не изменяя химического состава, и увеличивают его прочность. В качестве модификаторов обычно применяют магний и ферросилиций, а иногда одновременно и то и другое. Кроме того, в качестве моди­фикаторов сейчас применяют и другие материалы.
...
На рис. 44 показаны микроструктуры высокопрочного чугуна после модифицирования магнием и ферросилицием. В чугуне об­разуется сфероидальный графит и происходит разложение цементита.
...
Следует отметить еще один способ графитизации чугуна. Белый чугун подвергают длительному отжигу (томлению) при 900—1000е С. В результате цементит разлагается и образуется углерод отжига. Полу­ченный чугун называют ковким. От серого чугуна он отличается фор­мой выделений графита в виде отдельных зерен или хлопьев. Структу­ра основной металлической массы ковкого и серого чугунов одинако­ва (может бытьферритной или перлитной). Соответственно ковкие чу-гуны разделяют на перлитные (рис. 45, с) и ферритные (рис. 45, б).
...
Согласно ГОСТу существует 11 марок серого чугуна: СЧ-00, СЧ-12-28, СЧ 15-32, СЧ18-36 и др. Марки расшифровывают следующим образом: буквы СЧ означают серый чугун, две первый цифры — пре­дел прочности при растяжении, вторые — при изгибе.
...
ГОСТ предусматривает девять марок чугунов, обладающих более высокими прочностными свойствами: В450-2,0, ВЧ60-2, ВЧ45-5, ВЧ42-12 и др. Буквы ВЧ означают высокопрочный чугун, две первые цифры — предел прочности при растяжении, вторые — относитель­ное удлинение.
...
Марки ковкого чугуна: КЧ30-6, КЧЗЗ-8, КЧ35-10, КЧ37-12, КЧ45-6, КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3, КЧ63-2. Буквы КЧ означают 'ковкий чу­гун, две первые цифры — предел прочности при растяжении, вторая, цифра — относительное удлинение.
...
Структура железоуглеродистых сплавов при комнатной темпера­туре зависит от их химического состава и скорости охлаждении ниже линий 60S и SE (см. рис. 40). В результате медленного охлаждения доэвтектоидные стали приобретают структуру феррита и перлита, эвтектоидиые — одного перлита и заэвтектоидные — перлита и вто­ричного цементита. Если любую из этих сталей нагревать, она будет испытывать структурные превращения. Температурные точки, при которых происходят такие превращения в твердом состоянии, принято называть критическими.
...
Критические точки обусловливающие превращения в стали на линии PSK, обозначают соответственно и Л,,; на линии МО — Ас, и Агг; на линии GOS—Л., и Л.,; на линии HJB — ACiuArt и на линии SE — Агт-
...
Рассмотрим превращения, происходящие в стали с различным со­держанием углерода при ее нагреве от комнатной до температур выше критических точек. При нагреве доэвтектоидной стали до температур­ной области между критическими точками ACl и АСч сталь будет состоять из феррита и аустенита. При дальнейшем нагреве (выше точ­ки ЛГк) структура этой стали станет чисто аустснитной. Ниже точки Ас, (727°С) доэвтектоидная сталь состоит из феррита и перлита; нагрев выше этой точки приводит к превращению перлита в аустеннт.
...
При очень медленном нагреве перлит превращается в аустенит при постоянной температуре (727° С). При повышении скорости на­грева превращение перлита в аустенит происходит уже в некотором интервале температур, несколько выше 727° С. Чем выше температура нагрева, тем быстрее перлит превращается в аустенит.
...
Эвтектоидная сталь, содержащая 0,8% углерода, при нагреве до тем­пературы 727°С также состоит из перлита; при этой температуре весь перлит превращается в аустенит.
...
Заэвтектоидные стали, содержащие от 0,8 до 2% углерода, при на­греве до температуры первой критической точки имеют структуру, состоящую из перлита и вторичного цементита. При дальнейшем нагреве перлит превращается в аустенит. Таким образом, в темпера­турной области между точками ACt и А,т заэвтектоидные стали име­ют структуру аустенита и вторичного цементита.
...
Рост зерен аустенита происходит за счет превращения феррита. Растворение цементита протекает медленнее, чем превращение ферри­та. Это приводит к тому, что некоторое время будут одновременно сvnjecTBOB
...
телыюе время. При нагреве заэвтектоидной стали выше точки Аст (т. е. линии SE) имеющийся в ней свободный цементит до конца раство­рится в аустените и структура станет однородной.
...
Различают три характерных величины зерна: начальное, действи­тельное и природное. Под начальным (исходным) зерном понимают зерно, полученное в момент полного превращения перлита в аустенит. Однако образовавшиеся сначала мелкие зерна аустенита неустойчивы и растут в зависимости от температуры нагрева и времени выдержки.
...
Действительное зерно — это зерно, получаемое после термиче­ской обработки. Конечные свойства стали в значительной мере опре­деляются величиной действительных зерен. Их размеры зависят от температуры и времени выдержки в надкритической области и от со­держания углерода в стали. Величина исходного зерна аустенита часто влияет решающим образом на размер действительных зерен и тем самым на механические свойства стали после ее закалки. Ответ­ственные стальные детали должны иметь мелкозернистое строение.
...
Наследственным (природным) зерном называют зерно, полученное в результате специального испытания — нагрева стали до темпера­туры 930—950° С с последующим быстрым охлаждением, фиксирую­щим полученную при этой обработке величину зерна аустенита.
...
В целях желательного изменения структуры и получения более высоких или специально заданных свойств изделия из металлов и сплавов подвергают термической {т. е . тепловой) обработке. Такая обработка заключается в изменении структуры сплава путем его пред­варительного нагрева до заранее определенных температур, некото­рой выдержке при этих температурах и последующего охлаждения по заданному режиму. На практике применяют следующие основные виды термической обработки металлов и сплавов: отжиг, нормализа­цию, закалку, отпуск.
...
Первая группа (отжиг первого рода или низкий отжиг) характери­зуется отсутствием в сплавах фазовых превращений. Температура нагрева для отжига (рекристаллизации) Т = 0,6—0,8 К, где К — абсолютная (термодинамическая) температура плавления сплавов. Этот отжиг применяют для снижения внутренних напряжений, умень­шения твердости и повышения пластичности, в частности после холод­ной обработки давлением.
...
Вторая группа (отжиг второго рода), или полный отжиг с фазовой перекристаллизацией, а также нормализация, характеризуется фазо­выми превращениями, происходящими в сплавах. Температура на­грева сплавов для такого отжига выше температуры фазовых превра­щений. Охлаждение ведется медленно (в случае нормализации — на воздухе). Отжиг применяют для получения мелкозернистой структу­ры литой стали, полного снятия внутренних напряжений, смягчения, сфероидизации, улучшения структуры после обработки давлением и т. д.
...
Третья группа термической обработки — закалка — характеризу-зуется нагревом сплавов выше температуры фазовых превращений
...
телыюе время. При нагреве заэвтектоидной стали выше точки Аст (т. е. линии SE) имеющийся в ней свободный цементит до конца раство­рится в аустените и структура станет однородной.
...
Различают три характерных величины зерна: начальное, действи­тельное и природное. Под начальным (исходным) зерном понимают зерно, полученное в момент полного превращения перлита в аустенит. Однако образовавшиеся сначала мелкие зерна аустенита неустойчивы и растут в зависимости от температуры нагрева и времени выдержки.
...
Действительное зерно — это зерно, получаемое после термиче­ской обработки. Конечные свойства стали в значительной мере опре­деляются величиной действительных зерен. Их размеры зависят от температуры и времени выдержки в надкритической области и от со­держания углерода в стали. Величина исходного зерна аустенита часто влияет решающим образом на размер действительных зерен и тем самым на механические свойства стали после ее закалки. Ответ­ственные стальные детали должны иметь мелкозернистое строение.
...
Наследственным (природным) зерном называют зерно, полученное в результате специального испытания — нагрева стали до темпера­туры 930—950° С с последующим быстрым охлаждением, фиксирую­щим полученную при этой обработке величину зерна аустенита.
...
и быстрым охлаждением. В результате при комнатной температуре фиксируются промежуточные стадии структурного превращения стали. Структуры, полученные после закалки, находятся в неравновесном со­стоянии. После закалки прочностные свойства сплавов повыша­ются.
...
Четвертая группа — отпуск — характеризуется нагревом спла­вов ниже температур фазовых превращений с целью приближения их к устойчивому равновесному состоянию. Отпуск применяют, как пра­вило, после закалки. Он увеличивает пластичность и вязкость сплава, но снижает твердость и прочность.
...
Пятая группа ■— химико-термическая обработка— характерна тем, что сплавы обрабатывают в средах, которые взаимодействуют с ними и насыщают их на определенную глубину, изменяя состав и свойства поверхностного слоя.
...
Все металлы и сплавы можно подвергать термической обработке первой, четвертой и частично пятой группы; обработка по остальным группам применима только к металлам и сплавам, которые имеют аллотропические и фазовые превращения.
...
Превращение аустенита.т. е. его распад, может протекать как при непрерывном охлаждении стали значительно ниже точки АГ1
...
Изотермическое превращение аустенита хорошо изучено экспери­ментально. Существует несколько методов построения диаграмм изо­термического превращения аустенита. Сущность любого из них за­ключается в следующем. Для получения устойчивого аустенита образцы небольших размеров нагревают в печи до температуры выше крити­ческой точки АГх и затем быстро переносят в печь с заданной темпера­турой изотермической выдержки (700е, 600°, 500°С), где и выдер­живают до полного распада аустенита. Степень распада аустенита определяют магнитным, дилатометрическим, микроскопическим и дру­гими методами.
...
Опыты показывают, что изотермическое превращение аустенита при любой выбранной температуре начинается не сразу, а через не­которое время, которое называют инкубационным промежутком. На рис. 46 приведена диаграмма изотермического превращения аустени­та эвтектоидной стали (0,8% С). По оси абсцисс откладывается время в логарифмическом масштабе; по оси ординат слева — температура выдержки аустенита, справа — твердость металла по Роквеллу. При 700°С сталь сначала некоторое время сохраняет аустенитную струк­туру, затем в точке ак начинается распад аустенита, заканчивающийся в точке ак. При 600°С аустенит начинает распадаться в точке Ь„, ко­нец превращения — в точке bR. При 400° С эти процессы соответст-
...
и быстрым охлаждением. В результате при комнатной температуре фиксируются промежуточные стадии структурного превращения стали. Структуры, полученные после закалки, находятся в неравновесном со­стоянии. После закалки прочностные свойства сплавов повыша­ются.
...
венпо развиваются и в точках С„ и Ск. Соединив все точки начала и конца процесса распада аустенита, можно получить кривые / и 2. По кривой / начинается распад аустенита, по кривой 2 он завершается. Выше пунктирной линии А,л при охлаждении аустенит устойчив. Область, лежащая левее кривой 1, соответствует переохлажденному аустениту {А'), область правее кривой 2 соответствует полному распа­ду аустенита на феррит Ф и цементит Ц; между этими кривыми сущест­вует область частичного распада аустенита.
...
до температуры минимальной устойчивости аустенита (для углеродис­тых сталей «550oC), аустенит распадается на ферритоцементитную смесь, имеющую пластинчатое строение и отличающуюся только сте­пенью дисперсности частиц ферритоцементитной смеси.
...
При переохлаждении аустенита (до 550—240°С) он распадается на ферритоцементитную смесь, имеющую игольчатое строение — игольчатый троостит. Причем дисперсность этой ферритоцементит-ной смеси также зависит от степени переохлаждения аустенита: чем больше эта степень, тем дисперсией смесь. Таким образом, сорбит и троостит являются смесью феррита и цементита, но в отличие от пер­лита имеют переменный химический состав и более дисперсную струк­туру. Свойства стали зависят от степени дисперсности ферритоцемен-титной смеси: чем она больше, тем выше прочность (твердость, проч­ность на разрыв и т. д.) и хуже характеристики пластичности (отно­сительное удлинение, сужение, ударная вязкость).
...
Из всех продуктов распада аустенита (кроме цементита) мартенсит обладает максимальной твердостью и минимальной пластичностью. Превращение аустенита в мартенсит в отличие от превращения аусте­нита в ферритоцементитную смесь носит бездиффузионный характер и протекает только в интервале температур между началом А1п
...
Структура мартенсита игольчатая. Иглы мартенсита, как правило, расположены относительно друг друга под утлом 60 или 120° и харак­теризуют те плоскости, по которым произошли сдвиги в кристалличе­ской решетке. Скорость образования мартенситных игл огромна. Кристаллы растут быстро до определенного размера, затем их рост прекращается. Новые кристаллы растут в других направлениях. Размер первых игл мартенсита определяется размером исходного зерна аустенита.
...
Таким образом, чем больше скорость охлаждения аустенита, тем больше интервал температур, в котором происходит его распад, и тем дисперенсе получается ферритоцементитиая смесь. По диаграмме изотермического распада аустенита можно установить, каким образом и с какой скоростью нужно охлаждать данную сталь, чтобы получить нужное строение, а следовательно, и свойства стали.
...
Рассмотрим теперь структурные превращения, протекающие в ста­лях разного состава при их непрерывном охлаждении с различной скоростью от области высоких (> Afi)
...
При переохлаждении аустенита (до 550—240°С) он распадается на ферритоцементитную смесь, имеющую игольчатое строение — игольчатый троостит. Причем дисперсность этой ферритоцементит-ной смеси также зависит от степени переохлаждения аустенита: чем больше эта степень, тем дисперсией смесь. Таким образом, сорбит и троостит являются смесью феррита и цементита, но в отличие от пер­лита имеют переменный химический состав и более дисперсную струк­туру. Свойства стали зависят от степени дисперсности ферритоцемен-титной смеси: чем она больше, тем выше прочность (твердость, проч­ность на разрыв и т. д.) и хуже характеристики пластичности (отно­сительное удлинение, сужение, ударная вязкость).
...
Из всех продуктов распада аустенита (кроме цементита) мартенсит обладает максимальной твердостью и минимальной пластичностью. Превращение аустенита в мартенсит в отличие от превращения аусте­нита в ферритоцементитную смесь носит бездиффузионный характер и протекает только в интервале температур между началом А1п
...
Как уже отмечалось, при медленном охлаждении нагретого метал­ла ниже 727°С (температура линии PSK) начнется распад аустенита с образованием механической смеси феррита и цементита, т. е. пер­лита (рис. 47, а).
...
Стало быть, при непрерывном охлаждении аустенит также распа­дается, образуя ферритоцементитную смесь той или иной степени измельчения. Опыт показывает, что чем больше скорость охлаждения аустенита, тем больше интервал температур, в котором происходит распад последнего, к тем дисперснее получается ферритоцементитная смесь. При охлаждении аустенита с очень большой скоростью весь аустенит переохлаждается и превращается в мартенсит, т. е. про­исходит закалка стали, которая заключается в фиксации при более низкой температуре состояния, свойственного более высокой темпера­туре.
...
На основании всего этого были разработаны режимы закалки стали. Минимальная скорость охлаждения, при которой происходит превращение переохлажденного аустенита в мартенсит, называется критической скоростью закалки vK. Она зависит от устойчивости пере­охлаждения аустенита и тем меньше, чем больше эта устойчивость.
...
Структура закаленной стали (мартенсит и остаточный аустенит) неустойчива; при нагревании она будет стремиться перейти в более устойчивое состояние (ферритоцементитную смесь). Нагрев закален­ной стали до температур, лежащих ниже точки ACl , с последующим охлаждением (большей частью на воздухе), при котором происходит изменение свойств и, иногда, структуры закаленной стали, называют отпуском стали.
...
Превращения при отпуске протекают в очень малых объемах (вну­три мартенситных игл или троостита); обычным микроструктурным анализом нельзя выявить структурных изменений, происходящих до температур отпуска порядка 550°С. При обычном рассмотрении под микроскопом (увеличение 500—600 раз) структуру троостита и сорби­та отпуска трудно отличить от структуры мартенсита, так как эти структуры сохраняют мартен ситную ориентировку; только при уве­личении больше чем в 1000 раз отчетливо видно строение сорбита. При нагреве металла выше 550°С мартенеитиан ориентировка пропадает
...
Как уже отмечалось, при медленном охлаждении нагретого метал­ла ниже 727°С (температура линии PSK) начнется распад аустенита с образованием механической смеси феррита и цементита, т. е. пер­лита (рис. 47, а).
...
Старением называют переход метастабильной структуры к несколь­ко более устойчивому состоянию. Этот процесс сопровождается изме­нением физических и механических свойств сплава. Различают два типа старения: естественное, протекающее при комнатной температуре, и искусственное, протекающее при более высокой температуре.
...
Структура закаленной стали неустойчива; даже при комнатной темпе­ратуре у закаленной на мартенсит стали можно наблюдать изменение магнитных свойств и размеров детали с течением времени, что указы­вает на происходящие структурные изменения в металле.
...
Для получения устойчивых размеров, магнитных и других физи­ческих свойств многие детали (например, концевые калибры и посто­янные магниты) после закалки подвергают искусственному старению например, кипячению в воде при 100 С в течение 8— 12 ч,т, е. на­греву, выдержке, и охлаждению, изменяющим структуру и свойства закаленного сплава.
...
При старении (дисперсионном твердении) быстро охлажденной малоуглеродистой стали от температуры 650—700° С получают струк­туру пересыщенного твердого раствора—феррита. Такой твердый раствор неустойчив. В результате длительных выдержек при комнат­ной температуре или более коротких при 150—200° С из феррита выде­ляются некогорые избыточные упрочняющие фазы (третичный цемен­тит, оксиды, нитриды и др.), что приводит, как правило, к увеличению прочности и твердости и снижению пластичности и особенно ударной вязкости стали.
...
Холодная пласти­ческая деформация в ряде случаев предопределяет и ускоряет про­цессы старения. В процессе холодной пластической деформации кри­сталлическая решетка твердого раствора искажается, в зернах по­являются плоскости скольжения, увеличивается количество дефектов кристаллической решетки. Такая деформация ведет к увеличению твердости, предела прочности и предела текучести и к снижению плас­тичности и ударной вязкости стали.
...
В заводской практике различают предварительную термическую обработку стали с целью подготовки структуры к последующим техно­логическим операциям (пластическая деформация, резание, оконча­тельная термическая обработка и т. п.) и конечную термическую обработку, сообщающую стали нужную структуру и заданные свойст­ва.
...
Отжиг имеет цель — улучшение структуры и свойств стали, под­готовку ее структуры к окончательной термической обработке, смягче­ние стали для облегчения механической или пластической обработки
...
классификации Л. А. Бочва-ра отжиг бывает первого и второго рода. Отжиг первого рода (нагрев ниже температур фазовых превращений) при­меняют для снятия наклепа и внутренних напряжений после холодной или полуго­рячей обработки давлением. При отжиге второго рода сталь нагревают до темпера­тур выше фазовых превраще­ний, выдерживают при этих температурах (чтобы успели произойти фазовые превра­щения) и в последующем медленно охлаждают (обычно вместе с печью). В процессе охлаждения аустенит превра­щается в ферритоцементит­ную смесь — перлит, выделяя
...
легированных сталей — 30— 50 град/ч. После отжига доэв-тектоидные стали получают структуру перлита и феррита; эвтектоид-ные — перлита, заэвтектоидпые — перлита и цементита (вторичного). На рис. 48 приведены различные виды отжига и отпуска.
...
или гомогенизация, заключает­ся в нагреве стали до температур близких, но не выше линии солидус, длительной выдержке при этой температуре (10—15 ч) и последующем медленном охлаждении: до 600° С вместе с печью, затем на воздухе.
...
Этот вид отжига применяют для уст ранения неоднородности струк­туры и химического состава (в частности, литой структуры). После диффузионного отжига получается крупнозернистая, но однородная структура. Для измельчения зерна после диффузионного отжига про­изводят однократный или многократный отпуск, а иногда нормали­зацию (см. ниже).
...
заключается в нагреве стали до температуры, превышающей на 20—50° С критическую течку Ас„ выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении. При обыч­ном отжиге стальные детали охлаждают медленно со скоростью 50—100° в час до 500° С, а затем на воздухе.
...
К заэвтектоидпьш сталям полный отжиг не применяют, так как при медленном охлаждении этих сталей от температуры Аст вторич­ный цементит выделяется по границам зерен в виде сетки, и сталь приобретает повышенную хрупкость.
...
состоит из двух ступеней. Сначала сталь нагревают и выдерживают при температуре на 50—100° выше верхней критической точки ACj , затем быстро охлаждают до температуры, лежащей на 50—100° С ниже точки
...
, и выдерживают при этой температуре до полного распада аустенита на перлит, а за­тем охлаждают на воздухе. Изотермический отжиг требует гораздо меньше времени, чем обычный. После полного отжига снижается твер­дость, повышается пластичность и вязкость, улучшается обрабатыва­емость резанием. Структура стали подготовлена к конечной термиче­ской обработке (если таковая потребуется).
...
При неполном отжиге сталь нагревают выше критической точки ACl , но ниже ACt с последующим медленным охлаждением. В этом случае происходит только частичная перекрис­таллизация структурных составляющих стали. В доэвтектоидных сталях перекристаллизации подвергается только перлит, избыточный феррит остается без изменения. В эвтектоидной и заэвтектоидных сталях вторичный цементит частично переходит в аустенит. Неполно­му отжигу подвергают стали, не требующие исправления структуры, т. е. измельчения зерен.
...
При неполном отжиге снимаются внутренние напряжения, снижа­ется твердость, повышается пластичность и вязкость, улучшается обрабатываемость резанием.
...
производят для улучшения обработки резанием феррито-перлитных сталей. Такие стали нагре­вают значительно выше критической точки ACt и очень медленно охлаждают в интервале критических температур, т. е. до точки АТу; ниже можно охлаждать с любой скоростью.
...
За последние годы начали применять от­жиг в печах с защитной атмосферой или с применением вакуума. Сталь­ные детали после такого отжига имеют светлую и чистую поверхность (без окалины).
...
применяют после холодной пластической деформации {прокатки, волочения, холодной штамповки и т. д.) Низкоуглеродистые стали нагревают до температуры 600—700° С. После такого отжига вытянутые в результате деформа­ции зерна становятся равнооссными, снимается наклеп, понижается прочность и твердость, увеличивается пластичность и вязкость.
...
Нагрев металла при отжиге до высоких температур или излишне длительная выдержка сопровождается полу­чением крупнозернистой структуры и называется перегревом. Перегрев стали может быть исправлен вторичным ее отжигом при соответствую­щем температурном режиме.
...
Конструкционные стали после закалки и отпуска приобретают по­вышенную твердость, высокую прочность и вязкость. Инструменталь­ные стали получают высокую твердость и износоустойчивость при дос­таточной вязкости.
...
Закалка заключается в нагреве стали на 30—50° С выше темпе­ратур фазовых превращений, выдержке при этой температуре и после­дующем быстром охлажде­
...
нии. Температура нагрева зависит от содержания в ста­ли углерода (рис.49). Вслед­ствие высокой скорости ох­лаждения сталь приобретает структуры, отличные от рав­новесны х, соответствующих диаграмме состояния систе­мы железо — углерод. Полу­ченные при быстром охлаж­дении стали структуры на­зывают метает аби л ьными. Они представляют различные стадии превращения аустени­та (мартенсит, троостит, сор­бит).
...
под закалку на 30—50° С выше точки ACl, в результате чего перлит и избыточный феррит образуют однородный твердый раствор — аустенит. Последний при охлаждении со скоростью больше критиче­ской превращается в мелкоигольчатый мартенсит при небольшом ко­личестве остаточного аустенита. Данный способ называется полной закалкой; после правильно проведенного отпуска он приводит к полу­чению необходимой структуры стали с хорошими механическими свой­ствами.
...
Если перед закалкой нагреть доэвтектоидную сталь яо температу­ры, лежащей в интервале критических точек ACl —АСг , то произой­дет лишь частичная перекристаллизация стали; останется некоторое количество феррита, который в процессе закалки не претерпит изме­нений и тем самым снизит твердость стали. Такую закалку доэвтекто-идной стали называют неполной
...
Эвтектоидные и заэвтектоидные стали нагревают перед закалкой на 30—50° выше точки АСх, выдерживают при данной температуре и затем охлаждают со скоростью больше критической. Для этих сталей применяют неполную закалку. В структуре эвтектоидной стали после
...
такой закалки будут мартенсит и остаточный аустенит, а в заэвтекто-идной стали — мартенсит, вторичный цементит и остаточный аусте­нит. Из заэвтектоидных сталей в основном изготовляют инструмент, от которого требуется высокая твердость и износоустойчивость, и присутствие вторичного цементита в виде мелких равномерно распо­ложенных зернышек даже желательно.
...
включает в себя две операции: нагрев и быстрое охлаждение- Правильное их проведение обеспечивает получение необходимой структуры, а следовательно, и фнзнко-механических свойств стали.
...
Стальные изделия для термической обработки, в частности для за­калки, можно нагревать в пламенных печах (нефтяных, газовых), где металл непосредственно соприкасается с пламенем; в муфельных печах, где металлические изделия помещают в камеры, обогреваемые снаружи пламенем или электрическим током; в ваннах, где металлические из­делия погружают в расплавленные соли или свинец. Изделия нужно нагревать постепенно и равномерно, чтобы предотвратить возникнове­ние в металле внутренних напряжений. Однако слишком медленный нагрев снижает производительность печей и в ряде случаев сопровож­дается обезуглероживанием и окислением поверхности стали. Сущест­венно также правильно размещать нагреваемые детали в пламенных и электрических печах, чтобы обеспечить равномерный их прогрев.
...
Режим нагрева определяется по таблицам в зависимости от формы и размеров поперечного сечения, химического состава изделия и спо­соба подвода к нему тепла. Чем больше углерода н легирующих эле­ментов в стали, чем сложнее форма изделий, тем медленнее их нужно нагревать.
...
В свинцовых и соляных ваннах металл нагревается быстрее и равно­мернее; там наблюдается также меньшее окисление и обезуглерожи­вание металла. В муфельных печах тепло передается изделиям медленнее, чем в пламенных печах или в ваннах.
...
Для предохранения металла от окисления и обезуглероживания в некоторых печах создают защитную газовую атмосферу и после на­грева получают изделия с чистой и светлой поверхностью, В каче­стве защитной атмосферы применяют осушенные газообразные про­дукты неполного горения топлива (СО), очищенный азот или другие газы. В особых случаях используют для этой цели вакуумные печи.
...
Скорость охлаждения стали влияет на се структуру. Для регули­рования этой скорости при закалке применяют специальные
...
Сильно действующей закалочной средой является вода при 20— 18° С, которая в интервале 650—550° С охлаждает сталь с большей скоростью (и = 600 град/с). Основной недостаток холодной воды — большая скорость охлаждения (v
...
К менее энергично действующим закаливающим средам относятся минеральные и реже растительные масла, применяемые при закалке легированных сталей. С повышением температуры закаливающая способность масел слабо изменяется. В области наименьшей устойчи­вости аустенита (650—500° С) масло охлаждает сталь примерно в пять раз медленнее, а в области мартенситных превращений (300—200° С) — в 10 раз медленнее, чем вода. Основные недостатки масла—относитель­но малая скорость охлаждения в области температур наименьшей устойчивости аустенита, огнеопасность (при нагреве до 300—250° С масло может загореться), постепенное загустеванис, что ведет к сниже­нию закаливающей способности и пригоранию масла к деталям.
...
Расплавленные соли калия и натрия, а также жидкий свинец — наиболее слабые охлаждающие жидкие среды при закалке стали. При закалке в этих средах в структуре металла появляется троостит и даже сорбит закалки, уменьшающие твердость металла.
...
При закалке стали в воде, водных растворах солей и в масле вокруг охлаждаемого изделия всегда образуется оболочка («рубашка») из пара, затрудняющая отвод тепла от металла. Чтобы разорвать такую оболочку, изделия в закалочной ванне непрерывно перемещают; это увеличивает скорость охлаждения стали.
...
Все применяемые на практике охлаждающие среды полностью не удовлетворяют предъявляемые к ним требования. Вследствие этого наряду с обычной закалкой применяют и другие методы закалки.
...
(в одном охладителе) — применяется для обработки деталей простых форм. Изделия более сложной формы закаливают в двух различных жидких средах или
...
Детали при этом нагревают, как обычно под закалку, и охлаждают с необходимой скоростью до температуры, лежащей не­сколько выше начала мартенситтюго превращения. Затем их быстро переносят в менее интенсивный охладитель, где и выдерживают до полного охлаждения. Таким образом, превращение аустента в мар­тенсит протекает сравнительно медленно, что способствует уменьшению внутренних напряжений и деформаций. Такой способ закалива­ния часто применяют для закалки инструмента из углеродистой стали.
...
ванну с температурой 270—290°С, где и выдерживают некоторое время. После такой изотермической выдержки изделие охлаждают в масле или па воздухе. Время выдержки в ванне должно обеспечить выравнива­ние температуры по всему сечению детали, но не должно вызывать распада аустенита. Этот метод применяется при закалке легированных сталей и для деталей небольших сечений (8—10 мм) из углеродистой стали. Недостаток этого метода в том, что горячие медленно охлаждаю­щие среды не позволяют получать необходимые скорости охлаждения для крупных сечений деталей.
...
осуществляют так, что распад аустенита происходит при постоянной температуре в процессе выдержки в изотермической ванне. Это должно обеспечить полный распад аустенита на ферритоцементитную смесь (игольчатыйтроостит), после чего' изделие можно охлаждать с любой скоростью. Изотерми­ческую закалку применяют для пружин, рессор, болтов, шайб, труб и других деталей из углеродистой и легированной стали.
...
При этом способе работы изделие, нагретое под закалку, погружают в закалочную среду, но охлаждение ведут не до конца. Отпуск металла (самоотпуск) проис­ходит за счет тепла внутренних слоев детали. Закалку с самоотпуском
...
/ — генератор; 2 — электродвшэ гель; 3 — трансформатор;
...
широко применяют для зубил, кувалд, слесарных молотков н другого инструмента, который должен иметь высокую твердость на поверх­ности и сравнительно вязкую сердцевину.
...
обеспечивает получение вы­сокой твердости в поверхностных слоях изделия с сохранением вязкой сердцевины. Стальные изделия нагревают до необходимой темпера­туры с поверхности, а затем охлаждают с заданной скоростью в под­ходящей закалочной среде. Для поверхностного нагрева применяют, как правило, токи высокой и иногда промышленной частоты, кон­тактный электронагрев, нагрев газовыми горелками и другие спо­собы.
...
Электронагрев металлов токами высокой частоты перед закалкой (ТВЧ) впервые был применен в 1923—1924 гг. В. П. Волошиным. С 1935 г. началось широкое применение этого метода. Сущность его заключается в следующем: в индуктор (проводник), по которому течет переменный ток, образующий вокруг проводника переменное электро­магнитное поле, помещают изделие, которое также проводит ток. Элект­ромагнитное поле, пронизывая изделие, вызывает в нем индуциро­ванный ток той же частоты, являющийся источником нагрева изделия. Этот ток течет по поверхности изделия и разогревает только эту по­верхность.
...
Источником тока высокой частоты служат машинные или лампо­вые генераторы. Ламповые генераторы с оптимальной частотой f = 15 ООО—60 ООО Гц применяют для закалки мелких деталей и инстру­мента на глубину 1—2 мм. Машинные генераторы с оптимальной частотой / = 500—700 Гц применяют для закалки крупных деталей на глубину 3—10 мм.
...
Кроме частоты тока на глубину прогрева (а значит, и закаленного слоя) большое влияние оказывают скорость и температура нагрева. Чем больше скорость нагрева, тем меньше глубина закалки; чем выше температура нагрева, тем больше глубина закалки. Скорость нагрева зависит от мощности генератора (частоты тока) и колеблется в преде­лах 50—500 град/с При данной частоте тока скорость нагрева в пер­вую очередь зависит от магнитной проницаемости металла.Чем больше эта проницаемость, тем больше скорость нагрева. Температура за­калки зависит от скорости нагрева и исходной структуры стали (дис­персности ферритоцементитной смеси) и может меняться в пределах десятков градусов. Чем больше скорость иагрева, тем выше темпера­тура закалки. Чем дисперснее структура, тем ниже температура за­калки при одной и той же скорости нагрева.
...
Небольшая выдержка при нагреве ТВЧ позволяет получить после закалки более мелкое зерно, чем при обычной закалке. Кроме того, высокочастотный нагрев уменьшает коробление деталей и не дает окалины. Закалочной средой после высокочастотного нагрева могут быть вода, масло, растворы солей и т. д. После закалки ТВЧ твердость
...
широко применяют для зубил, кувалд, слесарных молотков н другого инструмента, который должен иметь высокую твердость на поверх­ности и сравнительно вязкую сердцевину.
...
обеспечивает получение вы­сокой твердости в поверхностных слоях изделия с сохранением вязкой сердцевины. Стальные изделия нагревают до необходимой темпера­туры с поверхности, а затем охлаждают с заданной скоростью в под­ходящей закалочной среде. Для поверхностного нагрева применяют, как правило, токи высокой и иногда промышленной частоты, кон­тактный электронагрев, нагрев газовыми горелками и другие спо­собы.
...
деталей выше, чем при обычной закалке. Закалка ТВЧ является самым производительным и дешевым способом термической обработ­ки при массовом производстве. Установки для закалки ТВЧ полно­стью автоматизированы. Они могут быть включены в общий поток станков механосборочного цеха. Недостатком является то, что можно производить закалку изделий сравнительно простой формы, а также высокая стоимость установки, сложность наладки режима нагрева и охлаждения.
...
Поверхностный нагрев изделия под закалку можно производите аце-тилено-кислородпым, газо-кислородным или газовоздушным пламенем газовой горелки (так называемая пламенная закалка). Газовая горел­ка движется вдоль закаливаемого изделия, нагревая поверхность до температуры закалки; сердцевина изделия за это время не успевает прогреться. Последующее быстрое охлаждение струей воды ведет к закаливанию поверхностного слоя изделия. Глубина закаленного слоя зависит от количества расходуемого газа и его температуры, скорости движения горелки, расстояния от нее до изделия. Чем боль­ше скорость движения горелки, тем меньше глубина слоя.
...
Этот метод очень прост и дешев, не требует дорогих устройств и применяется для закалки крупных зубчатых колес, шейки валов трактора, прокатных валков и других деталей. Некоторая опасность заключается в возможности перегрева поверхности детали; однако правильный выбор режима нагрева (расход газа, расстояние от го­релки до изделия, скорость движения и т. д.) позволяет избежать этой неприятности.
...
применяется для высокоуглеродистых сталей, у которых температура конца мартенситного превращения находится в области отрицательных температур, и в этом случае в сталях после закалки наряду с мартенситом остается сравнительно большое количество аустенита, который снижает твердость закаленной стали, ухудшает ее износостойкость, изменяет размеры детали. Эти недостатки можно устра­нить, подвергая сталь непосредственно после закалки обработке холодом. Стальное изделие после закалки охлаждают до отрицательных температур, в результ-aje чего значительная часть имеющегося в нем остаточного аусгеяита переходит в мартенсит. Глубокое охлаждение стали сразу же после закалки позволяет изменить некоторые ее свой­ства. При правильно выбранном температурном режиме обработка холодом значительно повышает твердость и улучшает режущие свой­ства инструмента из углеродистой и быстрорежущей стали, а также стабилизирует размеры точного мерительного инструмента (например, калибров). Обработку стали холодом проиводят также в установках, создающих отрицательную температурv, чаще всего в пределах от—75 до —195° С.
...
Все закаленные детали подвергают отпуску. Отпуском называют термическую обработку, при которой закаленную сталь нагревают до температуры ниже критической точки Ас, , выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают. При отпуске стали мартенсит за-
...
деталей выше, чем при обычной закалке. Закалка ТВЧ является самым производительным и дешевым способом термической обработ­ки при массовом производстве. Установки для закалки ТВЧ полно­стью автоматизированы. Они могут быть включены в общий поток станков механосборочного цеха. Недостатком является то, что можно производить закалку изделий сравнительно простой формы, а также высокая стоимость установки, сложность наладки режима нагрева и охлаждения.
...
Поверхностный нагрев изделия под закалку можно производите аце-тилено-кислородпым, газо-кислородным или газовоздушным пламенем газовой горелки (так называемая пламенная закалка). Газовая горел­ка движется вдоль закаливаемого изделия, нагревая поверхность до температуры закалки; сердцевина изделия за это время не успевает прогреться. Последующее быстрое охлаждение струей воды ведет к закаливанию поверхностного слоя изделия. Глубина закаленного слоя зависит от количества расходуемого газа и его температуры, скорости движения горелки, расстояния от нее до изделия. Чем боль­ше скорость движения горелки, тем меньше глубина слоя.
...
калки и остаточный аустенит распадаются, образуя более устойчивые структуры. Цель отпуска — уменьшение внутренних напряжений, снижение твердости и хрупкости, повышение пластичности.
...
осуществляют в интервале температур 150^-200° С. При нагреве до 10f}° С заметных изменений в структуре закаленной стали не происходит. Нагрев от 100 до 200° С приводит к выделению из мартенсита дисперсных карбидных включений чаще всего пластинчатой формы толщиной в несколько атомных слоев. Структура после низкого отпуска — так называемый мартенсит от­пуска. Низкий отпуск применяют для частичного снятия внутренних напряжений, повышения вязкости и пластичности без заметного сни­жения твердости. Этому виду отпуска подвергают главным образом ме­рительный и режущий инструмент.
...
производят путем нагрева закаленной стали до температуры 300—400° С. Сталь приобретает структуру тро­остита отпуска, т. е. представляет собой мелкодисперсную смесь фер­рита и цементита. Снижается твердость и прочность стали, повышается пластичность. Чаще всего этот вид отпуска применяют при термиче­ской обработке пружин и рессор.
...
выполняют в интервале температур 500— 600° С. Такой нагрев стали при отпуске сопровождается образованием структуры сорбита отпуска — ферритоцементиткой смеси средней дисперсности, зернистого строения.
...
При высоком отпуске практически полностью снимаются внутрен­ние напряжения встали. Сорбитная структура дает наилучшее сочета­ние прочности и пластичности для конструкционных сталей. Высоко­му отпуску подвергают большинство ответственных деталей машин и конструкций.
...
Закалка с высоким отпуском носит название улучшающей обработ­ки. Улучшению подвергают конструкционные стали, содержащие 0,3—0,5%С. Такие стали называют улучшенными.
...
Закаливаемостью называется способность стали существенно по­вышать твердость при закалке. Закаливаемость зависит в основном от содержания углерода и легирующих элементов в стали. Чем больше углерода, тем выше твердость образующегося при полной закалке Мартенсита и тем лучше закаливаемость стали.
...
Несквозная прокаливаемость возникает вследствие того, что внут­ренние слои охлаждаются с недостаточной скоростью, поэтому в серд­цевине аустенит распадается на ферритоцементитную смесь. Для. по­лучения оптимального сочетания механических свойств в больших сечениях деталей необходимо подбирать стали, которые обеспечивали бы сквозную прокаливаемость. Кроме того, стали с высокой прокали-ваемостью можно закаливать в масле, что способствует уменьшению внутренних напряжений при закалке.
...
Количественной характеристикой прокаливаемости является кри­тический диаметр — тот наибольший диаметр образца, при которсм сталь в данном охладителе получает сквозную закалку. С увеличе­нием скорости охлаждения прокаливаемость улучшается. Действи­тельный или реальный критический диаметр зависит от закаливающей среды. Чем интенсивнее охлаждающая среда, тем больше будет дейст­вительный критический диаметр. Однако есть немало случаев созна­тельного получения неполной прокаливаемости (например, когда нужна поверхностная прочность при вязкой сердцевине).
...
В технике прокаливаемость — один из важнейших факторов, опре­деляющих выбор стали для различных целей. Легированные стали про­каливаются глубже углеродистых и это одна из причин их частого применения для ответственных конструкций.
...
Неправильно проведенная закалка вызывает ряд дефектов в метал­ле. К ним прежде всего относятся недостаточная твердость, мягкие пятна, повышенная хрупкость, деформация, коробление и трещины.
...
Недостаточная твердость может быть следствием заниженной температуры нагрева металла перед закалкой для доэвтектоидных марок стали; недостаточной выдержки металла при температуре за­калки; малой скорости охлаждения при закалке; перегрева металла перед закалкой для заэвтектоидных марок стали.
...
Для исправления этих дефектов необходимо подвергнуть сталь нормализации или отжигу с последующей повторной закалкой при соблюдении установленного режима нагрева и охлаждения.
...
металле, т. е. незакаленные участки с по­ниженной твердостью, возникают из-за неоднородной исходной струк­туры или обезуглероживания поверхности. При наличии, например, в исходной структуре скоплений феррита он не успевает перейти в раствор и сохраняется после закалки. Образование на поверхности изделий обезуглероженных участков,естественно, отражается на твер­дости металла после закалки. Неоднородность структуры стали перед закалкой исправляют отжигом или нормализацией. Применение более резких охладителей позволяет иногда предупредить^ образование мяг­ких пятен при закалке.
...
Повышенная хрупкость стали появляется при ее закалке от излишне высоких температур. Дефект обнаруживается при рассмотрении микро-
...
структуры или излома стали, а также проявляется при механических испытаниях. Для устранения повышенной хрупкости производят пов­торную закалку стали по нормальному режиму нагрева. - Деформация, коробление и трещины в изделиях являются следст­вием объемных изменений и внутренних напряжений в металле при закалке.
...
Деформация изделий происходит в результате мартенситного пре­вращения стали после закалки. Коробление (поводка) изделий полу­чается при их неравномерном нагреве или охлаждении. Оба эти де­фекта могут быть предотвращены или значительно уменьшены равно­мерным нагревом и охлаждением изделий, применением специальных способов закалки и, наконец, правкой и шлифованием изделий после закалки.
...
Образование трещин можно предупредить, если правильно конст­руировать деталь, устранив в ней неравномерные переходы от толстых сечений к тонким и подвергнуть ее отжигу перед механической обра­боткой для снятия внутренних напряжений. Прерывистая и ступен­чатая закалка также способствуют предотвращению закалочных тре­щин в металле.
...
Среди различных упрочняющих способов обработок, предназна­ченных для повышения механических свойств применяемой в промыш­ленности стали, большое развитие за последние годы получил метод термомеханической обработки (ТМО). Такая обработка проводится в две стадии;
...
структуры или излома стали, а также проявляется при механических испытаниях. Для устранения повышенной хрупкости производят пов­торную закалку стали по нормальному режиму нагрева. - Деформация, коробление и трещины в изделиях являются следст­вием объемных изменений и внутренних напряжений в металле при закалке.
...
Деформация изделий происходит в результате мартенситного пре­вращения стали после закалки. Коробление (поводка) изделий полу­чается при их неравномерном нагреве или охлаждении. Оба эти де­фекта могут быть предотвращены или значительно уменьшены равно­мерным нагревом и охлаждением изделий, применением специальных способов закалки и, наконец, правкой и шлифованием изделий после закалки.
...
Образование трещин можно предупредить, если правильно конст­руировать деталь, устранив в ней неравномерные переходы от толстых сечений к тонким и подвергнуть ее отжигу перед механической обра­боткой для снятия внутренних напряжений. Прерывистая и ступен­чатая закалка также способствуют предотвращению закалочных тре­щин в металле.
...
2) последующее регламентированное охлаждение, в процессе кото­рого деформированный аустенит претерпевает полиморфное превра­щение. Чаще всего применяют закалку на мартенсит.
...
В результате первой стадии ТЛЮ в материале создается меДко-фрагментированная структура с повышенной плотностью дислокаций и последующие фазовые превращения происходят уже в пределах соз­данной субструктуры с сохранением высокой плотности несовершенств и с последующим получением мелкодисперсной конечной структуры материала в новом фазовом состоянии. В частности, стали, закаливаю­щиеся на мартенсит, при ТМО подвергаются деформированию в состо­янии равновесного или переохлажденного аустенита, с последующей закалкой и низкотемпературным отпуском.
...
Наиболее распространено подразделение ТМО по температурному иЕ1тервалу деформации аустенита: при температуре выше порога ре­кристаллизации — высокотемпературная термомеханическая обра­ботка (ВТМО) и при температуре ниже порога рекристаллизации — низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО).
...
Деформация стали при ВТМО осуществляется при температуре, соответствующей области устойчивого аустенита (выше критической точки А3), а деформация при НТМО — в температурной области мета-стабильного аустенита (ниже критической точки At, но выше точки мартенситпого превращения Мк). За рубежом метод НТМО получил название «аусформинг».
...
2) последующее регламентированное охлаждение, в процессе кото­рого деформированный аустенит претерпевает полиморфное превра­щение. Чаще всего применяют закалку на мартенсит.
...
В результате первой стадии ТЛЮ в материале создается меДко-фрагментированная структура с повышенной плотностью дислокаций и последующие фазовые превращения происходят уже в пределах соз­данной субструктуры с сохранением высокой плотности несовершенств и с последующим получением мелкодисперсной конечной структуры материала в новом фазовом состоянии. В частности, стали, закаливаю­щиеся на мартенсит, при ТМО подвергаются деформированию в состо­янии равновесного или переохлажденного аустенита, с последующей закалкой и низкотемпературным отпуском.
...
Наиболее распространено подразделение ТМО по температурному иЕ1тервалу деформации аустенита: при температуре выше порога ре­кристаллизации — высокотемпературная термомеханическая обра­ботка (ВТМО) и при температуре ниже порога рекристаллизации — низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО).
...
Деформация стали при ВТМО осуществляется при температуре, соответствующей области устойчивого аустенита (выше критической точки А3), а деформация при НТМО — в температурной области мета-стабильного аустенита (ниже критической точки At, но выше точки мартенситпого превращения Мк). За рубежом метод НТМО получил название «аусформинг».
...
\ Ввиду большой фрагментированности аустенитных зерен после деформирования и закалки мартенситная структура стали получает­ся'-., мелкодисперсной.
...
Наиболее ценным результатом применения ВТМО является значи­тельное улучшение всего комплекса механических свойств. Уникаль­ная1 особенность этой обработки — одновременный рост прочности и пластичности.
...
Исследование стали, обработанной методом ВТМО, показало, что в результате этой обработки статическая прочность (ов, от) повыша­ется на 40% и более, при одновременном сохранении или даже повы­шении уровня пластичности (6, ф), резко повышается ударная вяз­кость (att) при комнатной и низких температурах (в отдельных случаях в два-три раза), сильно понижается температура перехода к хрупкому разрушению, в том числе и после отпуска в интервале развития хруп­кости, улучшаются усталостные характеристики стали (предел вы­носливости о_, возрастает на 40—70%), уменьшается чувствитель­ность легированной стали к образованию трещин. Излом стали стано­вится вязким, волокнистым.
...
Высокотемпературной термомеханической обработке можно под­вергать практически все стали, испытывающие полиморфное пре­вращение т->а; важной особенностью ВТМО является эффективное ее применение для упрочнения обычной углеродистой стали.
...
Обработка стали методом ВМТО имеет перед НМТО то преиму­щество, что пластическая деформация здесь протекает при высоких температурах, когда аустенит можно интенсивно обжимать при мень­ших удельных давлениях.
...
Высокая стабильность аустенита в этой области температур поз­воляет осуществлять деформацию различными методами: прокаткой, ковкой и штамповкой. ВТМО можно использовать для широкого кру­га сталей и изделий.
...
Наконец, положительная особенность ВТМО состоит в том, что для достижения оптимального уровня прочности не требуется чрез­мерно высоких степеней обжатия при деформировании аустенита (как при НТМО) и, следовательно, мощного спешильного оборудования для обработки давлением. Максимальное повышение прочности на­блюдается уже после 25—35% предварительного обжатия.
...
Однако повысить предел прочности аЕ стали до значений выше 3900 МН/ма за счет ВТМО пока не удается. По-видимому, это объяс­няется тем, что при деформировании стали в условиях столь высоких температур (выше ЛСз) невозможно добиться высокой плотности дис­локаций, часть которых исчезает (анигилирует) уже в процессе самой горячей деформации.
...
Как отмечалось выше, важным преимуществом ВТМО перед дру­гими схемами термомеханического упрочнения является применимость ее к весьма широкому кругу стальных материалов. В этой связи заслуживает большого внимания применение ВТМО для повышения механических свойств как углеродистой, так и низколегированной стали. Это — важная практическая задача, так как эти стали широко применяют в строительстве и промышленности.
...
\ Ввиду большой фрагментированности аустенитных зерен после деформирования и закалки мартенситная структура стали получает­ся'-., мелкодисперсной.
...
Наиболее ценным результатом применения ВТМО является значи­тельное улучшение всего комплекса механических свойств. Уникаль­ная1 особенность этой обработки — одновременный рост прочности и пластичности.
...
Исследование стали, обработанной методом ВТМО, показало, что в результате этой обработки статическая прочность (ов, от) повыша­ется на 40% и более, при одновременном сохранении или даже повы­шении уровня пластичности (6, ф), резко повышается ударная вяз­кость (att) при комнатной и низких температурах (в отдельных случаях в два-три раза), сильно понижается температура перехода к хрупкому разрушению, в том числе и после отпуска в интервале развития хруп­кости, улучшаются усталостные характеристики стали (предел вы­носливости о_, возрастает на 40—70%), уменьшается чувствитель­ность легированной стали к образованию трещин. Излом стали стано­вится вязким, волокнистым.
...
Высокотемпературной термомеханической обработке можно под­вергать практически все стали, испытывающие полиморфное пре­вращение т->а; важной особенностью ВТМО является эффективное ее применение для упрочнения обычной углеродистой стали.
...
В Московском институте стали и сплавов (МИСИС) совместно с р#-дом заводов изучали влияние ВТМО на свойства стали 40 (для штанго­вого проката нефтяных глубинных насосов) и высокоуглеродистой ста­ли У9 для режущих частей сельскохозяйственных машин. 
...
По сравнению со стандартной термической обработкой BJMO приводит к существенному повышению пластичности и прочности этих сталей. В частности, предел прочности (се) возрос на 400— 500 МН/м2 (МПа). Так, например, у штанг из стали 40 после ВТМО и отпуска при 150° С в течение часа получили св — 2500 МН/м2 (МПа).
...
При увеличении длительности низкотемпературного отпуска по­вышается эффект ВТМО и увеличивается прочность. После отпуска при 200° С в течение 4 ч предел прочности достиг 2900 МН/мЕ (МПа).
...
На волгоградском заводе «Красный Октябрь» была создана спе­циальная полупромышленная установка для проведения ВТМО штан­гового проката. Прочность штанг из стали 40 после ВТМО оказалась в 2,5—3 раза выше (при равной пластичности), чем после применяв­шейся в производстве штанг термической обработки.
...
ВТМО углеродистой стали (при различном способе деформации — прокаткой, кручением, ударным воздействием) позволяет повышать не только статическую, но и циклическую прочность, что весьма важно для строительных сталей.
...
В МИСИС исследовалось влияние ВТМО на статическую и цикли­ческую прочность рессорной стали 55ХГР (0,55% С, ~1% Сг, ~1% Мп, до 0,004% В). После ВТМО предел прочности (с,,) увеличился с 2000 до 2300 МН/м2 (МПа) (по сравнению с оптимальным режимом обычной термической обработки), а пластичность тоже возросла (б = 16%; при обычной термической обработке разрушение хрупкое). Пре­дел усталости о_, повысился с 520 до 570—630 МН/мг (МПа).
...
В работах проф. М. Л. Бернштейна (МИСИС) показано, что при­менение ВТМО существенно улучшает эксплуатационные свойства широко используемых рессорных сталей — 50С2, 56ХГА, 55ХГР, а также повышает статическую и усталостную прочность не только но­вых рессор, но и бывших в эксплуатации.
...
Как видим, этот метод предусматривает интенсивное деформиро­вание стали в области относительной устойчивости аустенита при тем­пературе выше мартенситной точки (Л1и), но ниже температуры ре­кристаллизации (Ти рскр),
...
Однако метод НТМО пригоден лишь для сталей с широкой областью устойчивости аустенита, которой, как известно, обладают лишь сред­не- и высоколегированные стали.
...
Для достижения высокой прочности при НТМО сталь в надмартен-ситной области температур следует деформировать до значительно более высоких степеней обжатия (л — 75—-95%), чем при обработке методом ВТМО. Это объясняется тем, что в надмартенситной области температур перестройка дислокаций существенно менее развита, чем при нагреве выше точки Ас, . Поэтому для прохождения процессов, приводящих к равномерному распределению дислокаций в объеме стали, требуются более высокие степени обжатия.
...
Высокие механические характеристики при НТМО получаются, как правило, лишь при отпуске стали при температурах не выше 200— 300° С. {Кроме стали, испытывающей вторичное твердение.)
...
Применение НТМО позволяет во многих случаях повысить проч­ность стали до о„ = 2600 МН/м2 (МПа) и выше при сохранении удов­летворительных пластических свойств.
...
Особенно эффективно воздействие НТМО при обработке стали, полученной вакуумной плавкой из чистых шихтовых материалов. Это воздействие связывают с увеличением пластичности аустенита такой стали.
...
Метод НТМО, как и ВТМО, приводит к резкому увеличению цик­лической прочности стали. После НТМО циклическая прочность на 20—30% выше, чем после обычной закалки и отпуска.
...
Для достижения высокой прочности при НТМО сталь в надмартен-ситной области температур следует деформировать до значительно более высоких степеней обжатия (л — 75—-95%), чем при обработке методом ВТМО. Это объясняется тем, что в надмартенситной области температур перестройка дислокаций существенно менее развита, чем при нагреве выше точки Ас, . Поэтому для прохождения процессов, приводящих к равномерному распределению дислокаций в объеме стали, требуются более высокие степени обжатия.
...
Высокие механические характеристики при НТМО получаются, как правило, лишь при отпуске стали при температурах не выше 200— 300° С. {Кроме стали, испытывающей вторичное твердение.)
...
Применение НТМО позволяет во многих случаях повысить проч­ность стали до о„ = 2600 МН/м2 (МПа) и выше при сохранении удов­летворительных пластических свойств.
...
Особенно эффективно воздействие НТМО при обработке стали, полученной вакуумной плавкой из чистых шихтовых материалов. Это воздействие связывают с увеличением пластичности аустенита такой стали.
...
Данный способ упрочнения в связи с затруднениями при формо­изменении позволяет применять такие процессы пластической обра­ботки стали, как прокат и волочение. Здесь нет опасности разупроч­нения аустенита, так как деформирование при НТМО осуществляется при температуре ниже температуры рекристаллизации. 
...
Предел упругости ое стали, обработанной методом НТМО, доста­точно высок, что в сочетании с высокой циклической прочностью де­лает такие стали пригодными для изготовления высокопрочных пру­жин, рессор, торсионных стержней, подвесок и других подобных эле­ментов. Кроме того, упрочнение материалов с помощью НТМО (как и ВТМО) приводит к значительному повышению режущей стойкости и вязкости инструментальных статей.
...
Деформация металла при НТМО затруднена; для се осуществления требуется очень -мощное оборудование и прочная оснастка. Это опре­деляет более узкую применимость этой обработки по сравнению с ВТМО.
...
Посредством НТМО в Институте металлургии АН СССР им. Бай-кова повысили режущую стойкость быстрорежущих сталей Р18 и Р9. Прочность стали Р18 повысилась на 20%, пластичность — на 15%. Красностойкость (сохранение высокой твердости до температуры 700—800° С) стали Р18 после НТМО существенно возрастает.
...
Широко применяют НТМО к инструментальной стали, добиваясь высокой прочности, твердости и большого сопротивления истиранию. С использованием НТМО были изготовлены штампы для высадки, про­шивки и горячей резки, превосходившие по своим характеристикам штампы, изготовленные по обычным режимам.
...
Степень пластической деформации (обжатие) при термомеханиче­ской обработке оказывает решающее влияние на механические свой­ства. В большинстве случаев прочностные характеристики стали, обра­ботанной с помощью ТМО, монотонно возрастают с ростом обжатии заготовок; одновременно (в случае ВТМО) увеличивается пластич­ность стали, но до какого-то оптимального значения обжатия. Высоко­температурной термомеханической обработке свойственно сохранение наследственного упрочняющего влияния наклепа даже после пере­кристаллизации стали (в частности, после ряда термообработок).
...
ВТМО и НТМО на одном и том же объекте значительно повышает ударную вязкость (ан)в зоне развития обратимой хрупкости и одновременно увеличивает твердость .стали.
...
В табл. 2 приведены значения ударной вязкости в кгс ■ м/см9 для стали 37ХНЗА, в случае НТМО и совмещенной термомеханической .обработки (с НТМО).
...
Таким образом, совмещенной термомеханической обработкой (ВТМО) можно повысить ударную вязкость стали (по сравнению с НТМО) более чем в три раза.
...
В результате ВТМПО контактная усталостная прочность стали 9Х повысилась на 300—400 МН/м3 (МПа) по сравнению с получаемой после высокочастотной закалки.
...
С увеличением усилия обкатки до определенного значения (РюПк = 650 Н) возрастает и выносливость, определяемая как среднее, число циклов /V до
...
Электронно-микроскопическим исследованием упрочненных зон установлено, что после ВТМПО увеличивается дисперсность структу­ры поверхностных слоев. Измельчение мартенситных пластин может быть одной из причин повышения усталостных характеристик.
...
Доказано, что в случае ВТМПО (как и в случае ВТМО) не существу­ет корреляции между твердостью и сопротивлением деформированию и разрушению в условиях сложного нагружения. Очевидно, высокое сопротивление контактному выкрашиванию после ВТМПО обуслов­лено изменениями в тонком строении, возникшими в результате сов­местного влияния деформирования и фазового превращения.
...
Твердость, будучи сравнительно грубым методом оценки, не отража­ет изменений в тонком строении поверхностных слоев и поэтому не может сложить основным критерием свойств и эксплуатационных характеристик контактирующих поверхностей в высокопрочном со­стоянии.
...
Основное преимущество ВТМПО перед другими способами поверх­ностного упрочнения (высокочастотная закалка, химико-термиче­ская обработка с последующей закалкой) состоит в создании струк­туры, отличающейся повышенной пластичностью.
...
Исследованиями установлено, что после ВТМПО на поверхности детали в упрочненном слое возникают благоприятные сжимающие на­пряжения. Так, например, после оптимального (по свойствам) режима БГГМПО для стали 40Х (t
...
Была проведена ВТМПО полупромышленных партий рабочих вал­ков из стали 9Х диаметром 38 мм на промышленной установке. Эксплу­атационная стойкость валков повысилась более чем в 2 раза по срав­нению с закалкой ТВЧ.
...
ВТМПО была также использована для повышения износостойкос-сти стали 40Х. Среднее повышение износостойкости (по сравнению с закалкой ТВЧ) составляло 90—120%.
...
Химико-термической обработкой стали называют термическую об­работку, связанную с изменением химического состава, структуры и свойств поверхностного слоя стальных изделий. Цель ее—упрочне­ние поверхностных слоев стали (повышение твердости, усталостной
...
Различают следующие виды химико-термической обработки стали: цементация (насыщение углеродом), азотирование (насыщение азотом) цианирование (параллельное обогащение стали азотом и углеродом); диффузионная металлизация; алитирование, хромирование, силици-рование, борирование и др.
...
Цементацией называют процесс поверхностного науглероживания изделий из низкоуглеродистой, а иногда и легированной стали в угле-родосодержащей среде (карбюризаторе) для получения твердой повер­хности и вязкой сердцевины.
...
При цементации сталь науглероживается на глубину 0,5—2 мм до содержания углерода в поверхностном слое 0,75—1,2 %. Цементацию можно проводить в твердых, жидких или газообразных карбюри­заторах.
...
Из­вестно много составов карбюризаторов. Один из них представляет порошкообразную смесь, состоящую из древесного угля (около 70% по массе), углекислого бария (около 20—25% по массе) и углекислого кальция (до 2,5—3,5% по массе). Этой смесью пересыпают обрабаты­ваемые детали, уложенные в металлические ящики. Эффективность цементации в значительной степени зависит от правильной укладки и засыпки смесью обрабатываемых деталей, а также от хорошей гер­метизации ящика до установки его впечь. Обычно на дно ящика насы­пают слой карбюризатора толщиной 25—30 мм, на который уклады­вают первый ряд деталей. Эти детали засыпают новым слоем карбюри­затора толщиной 15—20 мм и утрамбовывают его, a
...
укладывают второй ряд деталей и т. д. Между деталями и стенками ящика остав­ляют расстояние 15—25 мм. Верхний слой карбюризатора имеет тол­щину 30—40 мм. Ящик закрывают сверху металлической крышкой. Кромки между крышками и стенками ящика обмазывают огнеупор­ной глиной, которая препятствует проникновению воздуха и печных газов внутрь ящика.
...
Подготовленные ящики загружают в горячую печь периодического или непрерывного действия и нагревают примерно до 900—950°С. Продолжительность этого нагревания определяется массой загружен­ных деталей; продолжительность цементации зависит от требуемой глубины слоя: как правило, за 1 ч углерод проникает на глубину примерно 0,1 мм.
...
Цементация стали в твердом карбюризаторе является сложным процессом и фактически происходит при участии газообразной фазы, которая формируется в ящике под действием высоких температур. В ящике остается воздух, абсорбированный древесным углем и запол­няющий пространство между зернами карбюризатора. При 900—
...
Последний в момент выделения обладает большой активностью и легко диффундирует в -,'-железо, насыщая его углеродом вплоть до образования в поверхностных слоях максимальной растворимости углерода в стали.
...
Углекислые соли, добавляемые к древесному углю, активизируют процесс науглероживания железа, регулируя давление и состав га­зовой фазы внутри ящика. Например, углекислый барий при высоких температурах разлагается по реакции
...
и является источником углекислого газа. Последний в свою очередь вступает во взаимодействие с древесным углем [см. реакцию (45)1, увеличивая количество окиси углерода в ящике.
...




    Необычные свойства обычных металлов
    Физические методы исследования металлов и сплавов
    Ручная дуговая сварка
    Технология металлов и сварка
    Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учебное пособие
    Сварка, резка, пайка металлов
    Сварка, резка и пайка металлов

    rss
    Карта