Термическая обработка в технологическом процессе изготовления изделий.

Термическая обработка в технологическом процессе изготовления изделий. Лекция 15

Виды термической обработки В зависимости от температур нагрева и способа последующего охлаждения : • закалка, • отпуск • отжиг • нормализация

Назначение ТО С целью повышения: • прочности, • твердости, • износоустойчивости, • упругости или : • сделать металл более мягким, легче поддающимся механической обработке

Закалка стальных деталей • Назначение закалки - придает стальной детали большую твердость и износоустойчивость. • Сущность процесса Деталь нагревают до определенной температуры, выдерживают, чтобы весь объем материала прогрелся, а затем быстро охлаждают в масле (конструкционные и инструментальные стали) или воде (углеродистые стали). НАГРЕВ СТАЛЕЙ ОХЛАЖДЕНИЕ Конструкци инструмент нержавеющ малоуглер в воде до 300 -400 о С , а онные альные ая одистые затем быстро переносят в (марки 30, 35, масло, где и оставляют до 40) полного охлаждения. Время до 880 - - до 750 - до 1050 - около пребывания детали в воде 900 о. С 760 о. С 1100 о. С 850 о. С определяют из расчета: 1 сек на каждые 5 -6 м сечения С целью снижения внутренних напряжений, появления трещин детали. и деформации материала- его нагревают до 500 С медленно, а затем быстро

Печи для термической обработки

Отпуск закаленных деталей Назначение - уменьшает их хрупкость, повышает вязкость и снимает внутренние напряжения. В зависимости от температуры нагрева различают низкий, средний и высокий отпуск. • Низкий отпуск применяют при обработке измерительного и режущего инструмента. Закаленную деталь нагревают до температуры 150 - 250 о С , выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают на воздухе. Теряется хрупкость, но сохраняется высокую твердость и значительно снижаются внутренние напряжения возникающие при закалке. • Средний отпуск применяют, когда хотят придать детали пружинящие свойства и достаточно высокую прочность при средней твердости. Для этого деталь нагревают до 300 -500 о С и затем медленно охлаждают. • Высокому отпуску подвергают детали, у которых необходимо полностью снять все внутренние напряжения. В этом случае температура нагрева еще выше - 500 -600 о. С.

Установки термической обработки

Отжиг стальных деталей • Назначение -снижение твердости и улучшение обрабатываемости при механической или пластической обработке. • Сущность полного отжига: 1. нагрев до температуры 900 о С, 2. выдержка при этой температуре время, необходимое для прогрева ее по всему объему, 3. медленное (обычно вместе с печью) охлаждение до комнатной температуры. • Низкотемпературный отжиг применяют для снятия внутренних напряжений, возникших в детали при механической обработке. 1. нагрев до температуры 500 -600 о. С, 2. охлаждение вместе с печью. • Неполный отжиг применяют для снятия внутренних напряжений и некоторого уменьшения твердости стали 1. - нагрев до 750 -760 о С 2. последующее медленное (также вместе с печью) охлаждение. • Отжиг используется также при неудовлетворительной закалке или при необходимости перекаливания инструмента для обработки другого металла (например, если сверло для меди нужно перекалить для сверления чугуна). При отжиге деталь нагревают до температуры несколько ниже температуры, необходимой для закалки, и затем постепенно охлаждают на воздухе. В результате закаленная деталь вновь становится мягкой, поддающейся механической обработке.

Нормализация - термообработка, при которой сталь охлаждается не в печи (как при отжиге), а на воздухе в цехе. Нагревание ведется до полной перекристаллизации (на 30 -50 o выше точек Аc 3 и Аст), в результате сталь приобретает мелкозернистую, однородную структуру. Твердость и прочность стали после нормализации выше, чем после отжига. Структура низкоуглеродистой стали после нормализации феррито- перлитная , такая же, как и после отжига, а у средне- и высокоуглеродистой стали – сорбитная; нормализация может заменить для первой – отжиг, а для второй – закалку с высоким отпуском. Часто нормализацией подготавливают сталь для закалки. Термообработку некоторых марок углеродистой, легированных сталей заканчивают нормализацией.

Химико-термическая обработка (ХТО) стали - совокупность операций термической обработки с насыщением поверхности изделия различными элементами (углерод, азот, алюминий, кремний, хром и др. ) при высоких температурах. Поверхностное насыщение стали металлами более энергоемкое и длительное, чем насыщение азотом и углеродом. Диффузия элементов легче протекает в решетке альфа- железо, чем в более плотноупакованной решетке гамма- железо. Химико-термическая обработка повышает твердость, износостойкость, коррозионную стойкость и создает на поверхности изделий благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает надежность, долговечность.

Разновидности ХТО Цементация стали - химико-термическая обработка поверхностным насыщением малоуглеродистой (С<0, 2%) или легированных сталей при температурах 900. . . 950°С - твердым (цементация твердым карбюризатором), а при 850. . . 900°С - газообразным (газовая цементация) углеродом с последующей закалкой и отпуском. Предназначена для повышения твердости, износостойкости, пределов контактной выносливости поверхности изделия при вязкой сердцевине для изделий, работающих на изгиб и кручение. Детали перед цементацией очищают. Поверхности не подлежащие науглероживанию, покрывают специальными предохранительными обмазками (огнеупорная глина с добавлением 10% асбестового порошка, вода или каолин - 25%, тальк - 50%: вода - 25%, разведенный жидким стеклом или силикатным клеем). Затем изделие помещают в печь, выдерживая при температуре 900 -920°С в течение 2… 2, 5 часов. При этом обеспечивается толщину науглероженного слоя 0, 7 -0, 8 мм. Газовую цементацию производят в смеси раскаленных газов, содержащих метан, окись углерода в специальных камерах при температуре 900 -950°С в производственных условиях. После цементации детали охлаждают вместе с печью, затем закаляют при 760 -780°С с окончательным охлаждением в масле.

Разновидности ХТО Азотирование стали - химико-термическая обработка поверхностным насыщением стали азотом путем длительной выдержки ее при нагреве до б 00. . . 650°С в атмосфере аммиака NН 3. Азотированные стали обладают: • высокой твердостью (азот образует различные соединения с железом, алюминием, хромом и другими элементами с большей твердостью, чем карбиды); • повышенной сопротивляемостью коррозии в средах атмосфера-вода-пар; • сохраняют высокую твердость, в отличие от цементированных, до сравнительно высоких температур (500. . . 520°С); • не коробятся при охлаждении (температура азотирования ниже, чем цементации). Азотирование сталей широко применяют в машиностроении для повышения твердости, износостойкости, предела выносливости и коррозионной стойкости ответственных деталей, например, зубчатых колес, валов, гильз цилиндров.

Разновидности ХТО Нитроцементация (цианирование) стали - химико-термическая обработка с одновременным поверхностным насыщением изделий азотом и углеродом при повышенных температурах с последующими закалкой и отпуском для повышения износо - и коррозионной устойчивости, усталостной прочности. Процесс проводиться в газовой среде при температуре 840. . 860°С – нитроцианирование или в жидкой среде - при температуре 820. . . 950°С - жидкостное цианирование в расплавленных солях, содержащих группу Na. CN. Нитроцементация эффективна для инструментальных (быстрорежущих) сталей; она используется для деталей сложной конфигурации, склонных к короблению. Однако, поскольку этот процесс связан с использованием токсичных цианистых солей, он не нашел широкого распространения.

Разновидности ХТО Борирование стали - химико-термическая обработка насыщением поверхностных слоев стальных изделий бором при температурах 900. . . 950°С. Борирование применяют для повышения твердости, износостойкости и некоторых других свойств стальных изделий. Диффузионный слой толщиной 0, 05. . . 0, 15 мм, состоящий из боридов Fe. B и F е 2 В, обладает весьма высокой твердостью, стойкостью к абразивному изнашиванию и коррозионной стойкостью. Борирование особенно эффективно для повышения стойкости (в 2. . . 10 раз) бурового и штампового инструментов. Цинкование ( Zn ), алюминирование (А l ), хромирование (С r силицирование (Si) сталей выполняются аналогично цементации с целью придания изделиям из стали некоторых ценных свойств: жаростойкости, износостойкости, коррозионной устойчивости. В настоящее время все большее распространение получают процессы многокомпонентного диффузионного насыщения.

Контрольные вопросы 1. Перечислите виды термической обработки. 2. С какой целью проводят термическую обработку ? 3. Назначение закалки. 4. Сущность процесса закалки. 5 Назначение отпуска. 6. Виды и назначение отпуска в зависимости от температуры и условий охлаждения. 7. Назначение отжига. 8. Сущность процесса отжига. 9. Отличие процесса низкотемпературного отжига от неполного отжига. 10. Назначение и сущность процесса нормализации. 11 Сущность процесса химико-термической обработки. 12. Назначение цементации, анодирования, цианирования.