Виды термической и химико-термической обработки

Материаловедение

Сталь

ü Определение

ü Классификация

ü Маркировка

ü Строение

ü Свойства

ü Применение

Чугуны

ü Определение

ü Классификация

ü Маркировка

ü Строение

ü Свойства

ü Применение

Виды термической и химико-термической обработки

ü Определение

ü Цель

ü Режимы

Цветные сплавы (медный или алюминиевый)

ü Определение

ü Классификация

ü Маркировка

ü Строение

ü Свойства

ü Применение

Сталь

ü Определение

Сталь - материал (сплав железа с углеродом), в котором массовая доля железа больше, чем массовая доля какого-либо другого элемента, а массовая доля углерода составляет менее 2 %, и в состав которого входят также и другие химические элементы. У небольшого количества хромистых сталей массовая доля углерода может превышать 2 %. Обычно массовая доля углерода, равная 2 %, является границей раздела между сталью и литейным чугуном.

ü Классификация

Ø По химическому составу

Нелегированные стали

К нелегированным сталям относятся такие стали, у которых определяемая в соответствии с 3.1 массовая доля любого химического элемента менее указанной в таблице 1.

Нержавеющие стали

Нержавеющие стали — это стали с минимальной массовой долей хрома 10,5 % и максимальной массовой долей углерода 1,2 %. У ограниченного количества легированных нержавеющих сталей допускается минимальная массовая доля хрома 7,5 %.

Другие легированные стали

Это стали, которые по определению не являются нержавеющими, но отличаются тем, что у них массовая доля, как минимум, одного химического элемента из указанных в таблице 1, с учетом 3.1, соответствует установленным предельным значениям. А также тем, что для получения особых свойств стали в нее намеренно вводят один или несколько химических элементов, указанных в таблице 1, включая серу, фосфор, азот. При введении двух легирующих элементов (кроме марганца) суммарное значение разбегов нормируемых массовых долей легирующих элементов должно быть не менее 0,40 %, при введении трех и более легирующих элементов суммарное значение разбегов — не регламентируется.

Ø По основным классам качества

Нелегированные качественные стали

Это стали, которые должны соответствовать общим установленным для них требованиям, например по вязкости, величине зерна и/или обработке давлением. Нелегированные качественные стали — это стали, которые по определению в соответствии с 4.1.2.2 не относятся к нелегированным специальным сталям. Нелегированная электротехническая сталь классифицируется как нелегированная качественная сталь с заданными верхним пределом магнитных потерь или нижним показателем магнитной индукции, поляризации или проницаемости.

Нелегированные специальные стали

В отличие от нелегированных качественных сталей, имеют нормированную чистоту по загрязненности неметаллическими включениями. В большинстве случаев они предназначены для улучшающей термической обработки (закалки с отпуском) или поверхностной закалки и характеризуются тем, что воспринимают эту обработку равномерно. Свойства этих сталей после улучшения, соответствующие повышенным требованиям, обеспечиваются за счет точного соблюдения заданного химического состава и особенно технологии производства и контроля. К таким свойствам, заданным, как правило, в комбинации и с суженными пределами, относятся высокие или жестко ограниченные пределы показателей текучести или прокаливаемости, во многих случаях необходимые для холодной обработки давлением, улучшения свариваемости или вязкости. Нелегированные специальные стали — это стали, соответствующие одному или нескольким из нижеперечисленных требований:

- нормированный минимум работы удара (ударной вязкости) для продукции в улучшенном состоянии по результатам испытаний на ударный изгиб;

- гарантированная прокаливаемость или нормированная глубина поверхностного закаленного слоя для продукции в закаленном или улучшенном состоянии или после поверхностного упрочнения;

- нормированное содержание неметаллических включений.

Нержавеющие стали

Легированными качественными сталями являются стали, к продукции из которой предъявляют комплексные требования по механическим свойствам и структуре, сопротивлению хрупкому и вязкому разрушению, технологическим свойствам (свариваемость, прокаливаемость, обработка давлением). Легированная качественная сталь предназначена для термической или термомеханической обработки, а также химико-термической обработки. Легированные качественные стали обычно не предназначены для улучшения (закалки и отпуска) или поверхностной закалки.

ü Маркировка

Сталь, чугун и сплавы цветных металлов подлежат обязательной маркировке. В мире существует более 1,5 тысяч различных видов сталей и сплавов из них.

Легированные стали, в отличие от нелегированных, имеют несколько иное обозначение, поскольку в них присутствуют элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. К примеру:

· хром (Cr) повышает твёрдость и прочность

· никель (Ni) обеспечивает коррозионную стойкость и увеличивает прокаливаемость

· кобальт (Co) повышает жаропрочность и увеличивает сопротивление удару

· ниобий (Nb) помогает улучшить кислостойкость и уменьшает коррозию в сварных конструкциях.

Именно поэтому в названия легированных сталей принято включать химические элементы, присутствующие в составе, и их содержание в процентах. Химические элементы в таких марках сталей обозначаются русскими буквами, приведёнными в таблице.

Также существует маркировка Ч, сообщающая нам, что в составе сплава имеются редкоземельные металлы, такие как: церий, лантан, неодим и прочие.Церий (Ce) влияет на прочность и пластичность стали, а неодим (Nd) и лантан (La) уменьшают пористость и содержание серы в стали, измельчают зерно.

Пример расшифровки марки стали 12Х18Н10Т

12Х18Н10Т - это популярная сталь аустенитного класса, которая применяется в сварных аппаратах, работающих в разбавленных растворах кислот, в растворах щелочей и солей, а также в деталях, работающих под большим давлением и в широком диапазоне температур. Итак, что же означают эти загадочные символы, стоящие в названии, и как их правильно объединить?

Две цифры, стоящие в самом начале марки легированной стали, — это среднее содержание углерода в сотых долях процента. В нашем случае, содержание углерода 0,12%. Иногда вместо двух цифр стоит всего одна: она показывает, сколькоуглерода (C) содержится в десятых долях процента. Если же цифр в начале марки стали вовсе нет, это означает, что углерода в ней довольно приличное число — от 1% и выше.

Буква Х и следующая за ней цифра 18 говорят о том, что в данной марке содержится 18% хрома. Обратите внимание: соотношение элемента в долях процента выражает только первое число, стоящее в начале марки, и это относится только к углероду! Все остальные числа, присутствующие в названии, выражают количество конкретных элементов в процентах.

Далее следует комбинация Н10. Как Вы уже догадались, это 10% никеля.

В самом конце стоит буква Т без каких-либо цифр. Это значит, что содержание элемента слишком мало, чтобы уделять этому внимание. Как правило, около 1% (иногда — до 1,5%). Получается, в данной марке легированной стали количество титана не превышает 1,5%. Если вдруг в самом конце марки Вы обнаружите скромно стоящую букву А, помните, что она играет очень важную роль: таким образом обозначается высококачественная сталь, содержание фосфора и серы в которой сведено к минимуму. Две буквы А в самом конце (АА) говорят о том, что данная марка стали особо чистая, т. е. серы и фосфора здесь практически нет.

В ходе несложного анализа сочетаний букв и цифр мы выяснили, чтомарка стали 12Х18Н10Т(конструкционная криогенная, аустенитного класса) сообщает о себе следующие сведения: 0,12% углерода, 18% хрома (Х), 10% никеля (Н) и небольшое содержание титана (Т), не превышающее 1,5%.

В начале марки легированных сталей могут также присутствовать дополнительные обозначения:

Р — быстрорежущая;

Ш — шарикоподшипниковая;

А — автоматная(не путайте с буквой А в конце названия, говорящей о чистоте стали!);

Э — электротехническая.

Также стоит отметить некоторые особенности таких подвидов легированных сталей:

1. в шарикоподшипниковых сталях содержание хрома указывается в десятых долях процента (например, сталь ШХ4 содержит 0,4% хрома);

2. в марках быстрорежущей стали после буквы Р сразу ставится число, указывающее содержание вольфрама в процентах. Также все быстрорежущие стали содержат 4% хрома (Х).

Чтобы показать способ раскисления стали, существуют особые буквенные обозначения:

· сп — спокойная сталь;

· пс — полуспокойная сталь;

· кп — кипящая сталь.

Теперь подробно рассмотрим, как расшифровать марку нелегированной стали, которая подразделяется на обыкновенную и качественную.

Обыкновенная нелегированная сталь(Ст3, Ст3кп) имеет в самом начале буквы Ст. Далее следуют цифры, указывающие содержание углерода в стали в десятых долях процента. В конце могут стоять специальные индексы: например, сталь Ст3кп относится к категории кипящей, о чём говорят буквы кп в самом конце. Отсутствие индекса означает, что эта сталь спокойная. Когда нужно отразить в маркировке гарантию свариваемости, в конце добавляют строчные буквы св. К примеру: Ст3св.

Качественная нелегированная сталь (Ст10, Ст30, Ст20, Ст45) содержит в маркировке двузначное число, указывающее среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента. Таким образом, марка стали Ст10 содержит 0,1% углерода; Ст30 имеет 0,3% углерода; Ст20 — 0,2%; Ст45 содержит 0,45% углерода.

Конструкционная низколегированная сталь 09Г2С содержит следующие химические элементы: 0,09% углерода, 2% марганца и небольшое количество кремния (приблизительно 1%).

Стали 10ХСНДи15ХСНД отличаются только разным содержанием углерода: 0,1% и 0,15% соответственно. Хрома (Х), кремния (С), никеля (Н) и меди (Д) здесь очень мало (до 1-1,5%), поэтому цифры за буквой не ставятся.

Качественные стали применяют для производства паровых котлов и сосудов высокого давления. В их маркировке имеется буква К на конце: 20К, 30К, 22К.

Если сталь является литейной конструкционной, то в конце маркировки ставят букву Л. Например: 40ХЛ, 35ХМЛ.

Инструментальные нелегированные стали обозначаются буквой У. Далее следует цифра, выражающая среднее содержание углерода в стали: У10, У7, У8. Если сталь ещё и высококачественная, это также отмечают в маркировке: У8А, У10А, У12А. Если необходимо подчеркнуть увеличенное содержание марганца, применяют дополнительную букву Г. К примеру, существуют стали У8ГА и У10ГА.

Инструментальные легированные стали имеют такое же обозначение, как и конструкционные легированные. Например, марка ХВГ указывает на присутствие трёх главных легирующих элементов: хрома (Х), вольфрама (В) и марганца (Г). Содержание углерода здесь примерно 1%, а потому цифра в начале марки не пишется. Другой вид стали 9ХВГ имеет пониженное содержание углерода в сравнении с ХВГ: здесь углерода 0,9%.

Стали быстрорежущие маркируются буквой Р, после которой ставится содержание вольфрама в %. Разберём в качестве примера сталь Р6М5Ф3. Она является быстрорежущей (Р), содержит 6% вольфрама, 5% молибдена (М) и 3% ванадия (Ф).

Сталь электротехническая нелегированная (АРМКО) имеет очень малое удельное электрическое сопротивление. Это достигается благодаря минимальному количеству углерода в составе (менее 0,04%). Такую сталь ещё принято называть технически чистым железом. Маркировка электротехнических нелегированных сталей состоит только из цифр. Например: 10880, 21880 и т. д. В каждой цифре заложена важная информация. Самая первая цифра показывает вид обработки: 1 — кованный или горячекатаный; 2 — калиброванный. Вторая цифра сообщает наличие/отсутствие нормируемого коэффициента старения: 0 — без коэффициента; 1 — с коэффициентом. Третья цифра — это группа по основной нормируемой характеристике. Две последние связаны со значениями основной нормируемой характеристики.

Строительная сталь отмечается буквой С, после которой указывается минимальный предел текучести стали. Также применяются дополнительные обозначения: К — повышенная коррозионная стойкость (С390К, С375К); Т — термоупрочнённый прокат (С345Т, С390Т); Д — повышенное содержание меди (С345Д, С375Д).

ü Строение

Внимательно всмотревшись в излом металла, ясно можно увидеть, что он представляет собой нагромождение (совокупность) отдельных кристаллов (зерен), крепко сцепленных между собой. Мельчайшей частицей металла, как и всякого другого вещества, является атом. В элементарных ячейках, из которых состоят кристаллы железа, атомы расположены в определенном порядке. Это расположение изменяется в зависимости от температуры нагрева. При любой температуре ниже 910° атомы в ячейках кристаллов располагаются в виде куба, образуя так называемую кристаллическую решетку альфа-железа. В этом кубе восемь атомов расположены в углах решетки и один в центре. При нагреве свыше 910° происходит перегруппировка атомов и кристаллическая решетка представляет собою форму куба с четырнадцатью атомами; условно ее называют решеткой гамма-железа. При температуре 1390° решетка гамма-железа перестраивается в решетку с девятью атомами, носящую название дельта-железо. Эта решетка отличается от решетки альфа-железа несколько большим расстоянием между центрами атомов и сохраняется до момента расплавления железа, т. е. до 1535°. Перестройка кристаллической решетки при медленном охлаждении происходит в обратном порядке: дельта-железо при 1390° превращается в гамма-железо, а гамма-железо при 898° превращается в альфа-железо.

ü Свойства

Ø Механические свойства:

прочность — способность материала выдерживать внешнюю нагрузку без разрушения. Количественно это свойство характеризуется пределом прочности и пределом текучести;
предел прочности — механическое напряжение, при превышении которого образец разрушается;
предел текучести — механическое напряжение, при превышении которого образец продолжает удлиняться при отсутствии нагрузки;
пластичность — способность стали изменять форму под действием нагрузки и сохранять ее после снятия нагрузки. Количественно характеризуется углом загиба и относительным удлинением при растяжении;
ударная вязкость — способность стали противостоять динамическим нагрузкам. Количественно оценивается работой, необходимой для разрушения специального образца, отнесенной к площади его поперечного сечения;
твердость — способность стали сопротивляться проникновению в нее других твердых тел. Количественно определяется нагрузкой, отнесенной к площади отпечатка при вдавливании стального шарика (метод Бринелля) или алмазной пирамиды (метод Виккерса).

Ø Физические свойства:

плотность — масса вещества, заключенного в единичном объеме. Все металлы обладают высокой плотностью;
теплопроводность — способность передавать теплоту от более нагретых участков к менее нагретым;
электропроводность — способность пропускать электрический ток. Все металлы и их сплавы обладают высокой тепло- и электропроводностью.

Ø Химические свойства:

окисляемость — способность вещества соединяться с кислородом. Окисляемость усиливается с повышением температуры металла. Низкоуглеродистые стали под действием влажного воздуха или воды окисляются с образованием ржавчины — оксидов железа;
коррозионная стойкость — способность металла не окисляться и не вступать в химические реакции с окружающими веществами;
жаростойкость — способность стали не окисляться при высокой температуре и не образовывать окалины;
жаропрочность — способность стали сохранять свои прочностные свойства при высокой температуре.

Ø Технологические свойства:

ковкость — способность стали принимать новую форму под действием внешних сил;
жидкотекучесть — способность стали в расплавленном состоянии заполнять узкие зазоры и пространства;
обрабатываемость резанием — свойство стали поддаваться механической обработке режущим инструментом;
свариваемость — способность стали образовывать высококачественное сварное соединение, не содержащее дефектов.

ü Применение

Область применения конструкционной легированной стали очень велика. Наибольшее распространение получили следующие стали.

· Хромистые, обладающие хорошей твердостью, прочностью, сравнительно недорогие. К ним относятся стали марок 15Х, 20Х, ЗОХ, 45Х, боросодержащие 40ХР, с цирконием 40ХЦ.

· Марганцевые, например 15Г, 20Г, 40Г, 45Г2, отличающиеся износоустойчивостью. Особенно износоустойчива сталь марки Г13, которую применяют для гусениц "тракторов, железнодорожных стрелок.

· Кремнистые и хромокремнистые (ЗЗХС, 55ХС), обладающие высокой твердостью и упругостью; применяются для пружин, рессор.

· Хромованадиевые (45ХФ, 40ХФА) особо прочные, плотные, хорошо противостоящие .истиранию, применяемые для автомобильных деталей, осей, валов.

· Хромомолибденовые (20ХМА, ЗОХМА) очень прочные, хорошо сваривающиеся, штампующиеся, используемые для осей, роторов.

· Хромомарганцевокремнистые стали — хромансиль (25ХГСА, ЗОХГСА), которые заменяют хромомрлибде - новую сталь и значительно дешевле ее.

· Хромоникелевые (12Х2Н4А, 20ХНЗА), очень прочные и пластичные; применяются для изготовления коленчатых валов, поршней, деталей турбин.

· Хромоникелевольфрамовые, хромоникелеванадиевые и другие стали марок 40ХН2МА, 13ХЗНФА, 45ХН2МФА; применяют для высоконагруженных деталей машин: зубчатых колес, шатунов, Деталей турбин и т. д.

Низколегированная сталь применяется в строительстве гражданских и промышленных сооружений, в моторостроении, судостроении. Она прочнее углеродистой, хорошо сваривается, лучше противостоит действию ударных нагрузок. Применение этой стали уменьшает массу конструкций на 15—30%. ГОСТ 19281—73 установлены марки низколегированной стали: 14Г2, 10Г2С2, , 16Г2АФД, 09Г2С и др. Специальными примесями являются марганец, кремний, азот и медь.

Чугуны

ü Определение

Чугун- железоуглеродистый сплав, содержащий углерода свыше 2,14%.Кроме железа и углерода в состав чугуна входят постоянные примеси— марганец, кремний, сера и фосфор.

ü Классификация

Чугун бывает серый, ковкий, и белый, высокопрочные, модифицированные.Если углерод в чугуне находится в свободном состоянии(в виде графита) то чугун имеет в изломе серый цвет и называется серым чугуном.

ü Маркировка

Серый чугун обозначается буквами СЧ. СЧ32-52-маркировка. Первые 2 цифры это величина предела прочности при растяжении, а вторые - при изгибе.

Серый чугунболее подвержен сварке. чем белый и ковкий. Обладает высокой износоустойчивостью. Недостаток чугуна хрупкость, малая пластичность.

Белый чугунимеет наличие большого количества цементита из-за чего он имеет очень твердую и хрупкую структуру почти не сваривается, его применяют для отливки с последующим отжигом ковкого чугуна.

Ковкий чугунобладает высокой прочностью при растяжении, высоким сопротивлением удару, не высокой пластичностью. КЧ 30-6.1-ая цифра предела прочности на растяжение, 2-ая - на изгиб. Из ковкого чугуна изготавливают ступицы колес грузовых автомобилей, тормозные колодки, картеры заднего колеса и т.д.

Встречаются легированные чугуны с содержанием марганца, кремния, никеля, хрома и т.д. Легированные чугуны маркируются буквами, обозначающими легирующие элементы и цифрами , обозначающими их содержание. (ЧН19Х3)

Чугуны применяются в основном для производства отливок, корпусов станков и машин, станин, запорной арматуры, детали прокатных станов, кузнечно-прессового оборудования ит.д.

Сварка чугуназатруднена из за большого содержания в нем углерода, что при водит к образованию пор горячих и холодных трещин. В основном это ремонтная сварка. Чугуны варятся горячим (с подогревом) или холодным (без подогрева) способом. Чугуны свариваются ручным дуговым способом плавящимся электродом, механизированным способом порошковой проволокой и в среде углекислого газа, так же газовой сваркой ацетилено-кислородным или пропано-кислородным пламенем. Сварку ведут при повышенных токах с использованием специальных электродов (с чугунным стержнем) на постоянном токе обратной полярности или на переменном токе, Диаметр электродов может быть до 12 м.

ü Строение

ü Свойства

Серый чугун

Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении для отливок из него различных деталей машин. Он характеризуется тем, что углерод в нём находится в свободном состоянии в виде графита. Поэтому серый чугун хорошо обрабатывается режущими инструментами. В изломе он имеет серый и темно-серый цвет. Получается серый чугун путём медленного охлаждения после плавления или нагревания. Получению серого чугуна также способствует увеличение в его составе содержания углерода и кремния.
Механические качества серого чугуна зависят от его структуры.
По структуре серый чугун бывает:

1. феррито-графнтовый,

2. феррито-дерлито-графитовый и

3. перлито-графитовый.
Если серый чугун быстро охлаждать после плавления, то он отбеливается, т. е. становится очень хрупким и твердым. Серый чугун в несколько раз лучше работает на сжатие чем на растяжение.

Серый чугун достаточно хорошо сваривается с применением предварительного подогрева и в качестве присадочного мате риала специальных чугунных стержней с повышенным содержанием углерода и кремния. Сварка без предварительного подогрев затруднена вследствие отбеливания чугуна в зонах шва.

Белый чугун

Белый чугун применяется в машиностроении в значительна меньших количествах, чем серый. Он представляет собой сплав железа с углеродом, в котором углерод находится в виде химического соединения с железом. Белый чугун очень хрупкий и твёрдый. Он не поддаётся механической обработке режущими инструментами и применяется для отливки деталей, не требующих обработки, или подвергается шлифованию абразивными кругами. В машиностроении применяется белый чугун как обыкновенный, так и легированный.
Сварка белого чугуна весьма затруднительна в связи с образованием трещин при нагреве и охлаждении, а также из-за неоднородности структуры, образующейся в месте сварки.

Ковкий чугун

Ковкий чугун обычно получают из отливок белого чугуна путем длительного томления их в печах при температуре 800—950°С, Существуют два способа получения ковкого чугуна: американский и европейский. При американском способе томление производится в песке при температуре 800—850°С. При этом углерод из химически связанного состояния переходит в свободное состояние в виде графита, располагаясь между зёрнами чистого железа. Чугун приобретает вязкость, почему и называется ковким. При европейском способе томление отливок производится в железной руде при температуре 850—950°. При этом углерод из химически связанного состояния с поверхности отливок переходит в железную руду и таким путём поверхность отливок обезуглероживается и становится мягкой, почему и чугун называется ковким, хотя сердцевина остается хрупкой. В обозначениях марок ковкого чугуна после букв пишется число, показывающее среднюю величину предела прочности при разрыве в кг/мм2, а затем число, показывающее удлинение в %.

Например КЧ37—12 обозначает ковкий чугун, с пределом прочности, равным 37 кг/мм2, и удлинением 12%.
Сварка ковкого чугуна сопряжена с затруднениями в связи с отбеливанием чугуна в зоне шва.

Модифицированный чугун

Модифицированный чугун отличается от обычного серого чугуна тем, что в нем большее количество углерода находится в виде графита, чем в сером чугуне.

Модифицирование заключается в том, что при плавлении чугуна в жидкий металл добавляется некоторое количество присадок, способствующих выделению углерода в виде графита при затвердевании и охлаждении. Этот процесс модификации при одинаковом химическом составе чугуна значительно повышает механические свойства чугуна и является весьма важным. Обозначение марок модифицированного чугуна подобно обозначению марок серого чугуна.

ü Применение

Сферы применения чугуна достаточно разнообразны. Например, серые сорта используются для изготовления различных колонн, опорных и фундаментальных плит, канализационных деталей. Высокопрочные и ковкие используются в качестве фундаментов под тяжелое оборудование, опор ж/д и автомобильных мостов и пр.

Виды термической и химико-термической обработки

ü Определение

Термической обработкой называется процесс, заключающийся в нагреве металла до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении с той или иной скоростью. В результате такого процесса не изменяется химический состав металла, но меняются его структура и механические свойства.

Химико-термическая обработка применяется для изменения химического состава и свойств поверхностей — твердости, износоустойчивости и коррозионной стойкости. Достигается это внедрением (диффузией). определенных элементов из внешней среды в поверхностный слой металла

ü Цель

ü Режимы

Термическая обработка бывает нескольких разновидностей:

· отжиг,

· нормализация,

· закалка,

· отпуск,

· поверхностная закалка,

· обработка холодом.

Отжиг применяется в основном для снижения твердости, чтобы облегчить механическую обработку и снять в стали внутренние напряжения. Температура нагрева при отжиге зависит от содержания в стали углерода.

Сталь с содержанием углерода более 0,8% нагревают до температуры 750—760°С, для стали с меньшим содержанием углерода температуру постепенно повышают до 930—950°С. После нагрева металл медленно охлаждают в печи. В отожженном состоянии сталь приобретает перлитную структуру.

Нормализация предназначается для улучшения структуры стали, снятия внутренних напряжений и обеспечения лучших условий обработки резанием. Она отличается от отжига тем, что охлаждение производится не в печи, а на воздухе.

После нормализации сталь приобретает также перлитную, но более мелкозернистую и однородную структуру. Твердость и прочность стали при этом выше, чем после отжига.

Закалка заключается в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем быстром охлаждении в воде, масле, расплавленных солях или на воздухе. Закалка применяется в сочетании с отпуском для повышения твердости, прочности и износоустойчивости стали.

Углеродистые и легированные стали под закалку нагреваются в электрических печах или в соляных ваннах. В результате закалки сталь получает мелкозернистую структуру, в которой преобладает мартенсит — самая твердая и хрупкая структура.

При быстром охлаждении во время закалки в металле возникают внутренние напряжения, которые могут вызвать трещины, коробление и хрупкость. Эти дефекты устраняют последующим отпуском.

Отпуск заключается в нагреве стали до температуры, значительно более низкой, чем при закалке, выдержке при этой температуре и охлаждении. Углеродистые и легированные стали нагревают до температуры 150—250°С, а быстрорежущие подвергаются трехкратному отпуску при температуре 550—580°С. Охлаждение осуществляется на воздухе.

Поверхностная закалка представляет собой нагрев до определенной температуры (температуры закалки) поверхностного слоя стального изделия с последующим быстрым охлаждением. При этом можно получить высокую твердость в относительно тонком слое (от 0,3 до 10 мм) рабочих поверхностей изделия без измерения структуры и твердости внутренней массы металла этого изделия. Такое свойство особенно ценно для напряженно работающих деталей (коленчатые валы двигателей, зубчатые колеса и др.), которым необходима большая твердость трущихся рабочих частей и упругая (нехрупкая) основная масса металла изделия.

Поверхностная закалка осуществляется на специальных высокочастотных установках с помощью индукторов, через которые пропускают токи высокой частоты (ТВЧ). Высокочастотная поверхностная закалка обеспечивает хорошее качество металла, поэтому широко применяется в промышленности. Обработка холодом заключается в повышении твердости и износоустойчивости стали в результате перевода остаточного аустенита закаленной стали в мартенсит. Эта обработка производится на специальных установках, обеспечивающих температуру ниже нуля.

К химико-термической обработке стали относятся:

· цементация,

· азотирование,

· цианирование,

· алитирование.

Цементация — насыщение поверхностного слоя стали углеродом при нагреве до температуры 880—950°С с последующей закалкой. Цель ее — получение высокой твердости и износоустойчивости поверхности детали. Цементации подвергаются детали из низкоуглеродистой стали с содержанием углерода 0,1—0,25%. При насыщении количество углерода может быть доведено до 1 —1,25%. Цементацию деталей обычно производят после их механической обработки с оставлением припуска на окончательную шлифовку.

Азотирование — поверхностное насыщение стали азотом при нагреве до температуры 500—700°С в аммиаке. Азотированию подвергают для повышения твердости, износоустойчивости поверхностного слоя и коррозионной стойкости главным образом детали, изготовленные из сталей, содержащих алюминий, хром и молибден.

Цианирование — одновременное поверхностное насышение стали углеродом и азотом при температуре 530— 550°С. Оно может выполняться в жидкой, твердой и газообразной средах. Цианирование применяют для повышения стойкости спиральных сверл и других быстрорежущих инструментов и деталей сложной конфигурации.

Алитирование — поверхностное насыщение стали алюминием на глубину 20 мкм — 1,2 мм диффузией его сред, содержащих алюминий. При этом сталь приобретает высокую окалиностойкость (при температурах до 800—850°С). Применяется алитирование для топливных баков газогенераторных машин, чехлов термопар, разливочных ковшей и т. д.

12
• Далее ⇒