Закалка стали 45

Марка стали 45. Назначение

Вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхности термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

2.2. Температура полного и неполного отжига по диаграмме Fe-Fe3 C. Температура полной и неполной закалки. Нормализация стали.

Отжиг – термическая обработка, при которой сталь нагревается выше Ас3(или только выше Ас1 – неполный отжиг) с последующим, медленным охлаждением. Нагрев выше Ас3 обеспечивает полную перекристаллизацию стали. Медленное охлаждение при отжиге. Обязательно должно привести к распаду аустенита и превращению его в перлитные структуры. Нормализация есть разновидность отжига, при нормализации охлаждение проводят на спокойном воздухе, что создает несколько более быстрое охлаждение, чем при обычном отжиге. И в случае нормализации превращение должно произойти в верхнем районе температур с образованием перлита, но при несколько большем переохлаждении, что определяет некоторое различие свойств отожженной и нормализованной стали.

Отжиг и нормализация обычно являются первоначальными операциями термической обработки, цель которых – либо устранить некоторые дефекты предыдущих операций горячей обработки (литья, ковки и т. д.), либо подготовить структуру к последующим технологическим операциям (например, обработке резанием, закалке). Однако довольно часто отжиг, и особенно нормализация, являются окончательной термической обработкой. Это бывает тогда, когда после отжига или нормализации получаются удовлетворительные с точки зрения эксплуатации детали свойства и не требуется их дальнейшее улучшение с помощью закалки и отпуска.

Основные цели отжига: перекристаллизация стали и устранение внутренних напряжений или исправление структуры.

Для доэвтектоидной стали в основном применяют полный отжиг. При таком отжиге происходит полная смена структуры стали, что позволяет устранить все дефекты, вызванные холодной деформацией, сваркой, резкой и так далее.

Ф + П. В результате получается максимально возможная пластичность, минимальная твердость и прочность и полное снятие внутренних напряжений. Если внутренние направления не имеют значения то после охлаждения с печью до 5000, дальнейшее охлаждение можно вести на воздухе. Полный отжиг применяют для устранения дефектов структуры, вызванных литьем, холодной деформацией, сваркой.®Производится с нагревом стали до температуры, превышающей точку А3 с последующим медленным охлаждением вместе с речью. Медленное охлаждение вызывает полное равновесное превращение А

Основной недостаток полного отжига – это его большая продолжительность, возможная неравномерность зеренного строения в центре и на поверхности крупногабаритных изделий, вызванная неодинаковой скоростью охлаждения.

Для того, чтобы обеспечить закалку сталей на мартенсит необходимо быстро охлаждать её в области перлитного превращения. Но если с такой же скоростью охлаждать её и дальше в области мартенситного превращения, то в детали возникают резкие закалочные напряжения. Поэтому желательно проводить охлаждение в области мартенситного превращения по возможности медленнее, но среды с переменной скоростью охлаждения не существует и поэтому для разных деталей применяют различные способы охлаждения, чтобы получить закаленное состояние с минимум уровнем внутренних напряжений.

1. Охлаждение в одном охладителе (воде, масле). Недостаток – очень резкие внутренние напряжения. Чтобы их уменьшить применяют второй способ закалки.

2. Закалка в двух средах (из воды в масло). По этому способу в начале деталь охлаждают в воде, до температуры ниже перлитного превращения, а затем перебрасывают до окончательного охлаждения в масло. Этот способ сложен и требует высокой квалификации рабочих, от которых требуется выдерживать деталь определенное количество времени в воде. Если выдержка будет мала, то при дальнейшем охлаждении попадаем в перлитное превращение, и закалки не будет, а если выдержка слишком большая, то в деталях возникают большие внутренние напряжения.

3. Ступенчатая закалка. При ступенчатой закалке нагретую деталь охлаждают быстро до заданной температуре в специально горячей среде, в качестве которой используются расплавы металлов или солей. Время выдержки в горячей среде определяются маркой стали и может быть четко определено по секундомеру, после этого идет окончание охлаждение в воде или масле. Выдержка в горячей среде позволяет выровнять температуру по всему сечению деталей, поэтому при окончательном охлаждении в воде, или масле превращение аустенита в мартенсит идет одновременно по всему объему детали, что позволяет резко снизить уровень внутренних напряжений. Такой способ закалки применяют для крупногабаритных деталей сложной формы, чтобы до минимума снизить искажение формы.

4. Изотермическая закалка. Этот способ применяется для крупногабаритных деталей, которые нельзя охлаждать очень быстро, из-за опасности разрушения. При изотермической закалке нагретые детали помещают в горячую среду, нагретую до заданной температурой 350-400 градусов, в которой выдерживают до полного прохождения превращения аустенита в троостит или бейнит. После полного превращения деталь обычно охлаждается на воздухе. Дополнительного отпуска после такой закалке не требуется. Температура окружающей среды выбирается термообработкой, чтобы получить в детали структуру, обеспечивающую заданную твердость.

5. Закалка с обработкой холодом. При закалке высокоуглеродистых сталей, содержащих никель, молибден, вольфрам даже после полного охлаждения до нормальной температуры превращение аустенита в мартенсит проходит не полностью. Остаточный аустенит имеет невысокую твердость и поэтому твердость детали после закалки будет недостаточной. Для устранения остаточного аустенита закаленные детали дополнительно охлаждают в области отрицательных температур 70-80 градусов, парами углекислоты или жидкого азота. Дополнительное охлаждение вызывает переход остаточного аустенита в мартенсит и твердость закаленной стали повышается.

6. Закалка с самоотпуском. Этот способ закалки применятся для деталей, которые должны иметь различную твердость в различных местах. Чтобы получить переменную твердость, нагретую деталь помещают в охлажденную среду только рабочей поверхностью, оставляя хвостовик над поверхностью охлаждающей среды. После полного охлаждения поверхности деталь извлекают из охлаждающей среды и за счет тепла, сохранившегося в хвостовой части, происходит разогрев рабочей поверхности и ее отпуск. Температуру разогрева поверхности контролируют по цветам побежалости.

В зависимости от температуры нагрева закалка бывает полной и неполной. При полной закалке сталь нагревают выше точки Ас3. Полная закалка применяется для доэвтектоидной стали. В этом случае при нагреве выше точки Ас3 сталь имеет полностью аустенитную структуру и после резкого охлаждения имеет полностью мартенситную структуру. При неполной закалке полного превращения не будет, и оставшийся в структуре феррит не даст получить высокой твердости и прочности. Поэтому в доэвтектоидной стали неполную закалку не применяют.

Полная закалка 830-850 0С

Состояние закаленных деталей отличаются очень сильной неравновесностью структуры. Это обусловлено повышенной концентрацией углерода в твердом растворе, высокой плотностью дефектов кристаллического строения, а также внутренними напряжениями, строениями и термическими. Из-за этого закаленная сталь хотя и обладают высокой прочностью и твердостью, одновременно с этим имеет практически нулевой запас вязкости. Ударные нагрузки могут вызвать быстрое разрушение деталей. Кроме того, переход неравновесной структуры закаленной стали в более стабильную может происходить с течением времени самопроизвольно под воздействием окружающей температуры или внешних нагрузок. Этот переход сопротивляется изменением объёма и поэтому такая ситуация недопустима для высокоточных деталей или для измерительного инструмента. Поэтому всегда закаливание детали подвергается дополнительной термообработке – отпуску.

Различают 3 вида отпуска по температуре: низкий, средний и высокий.

Низкий отпуск 150-220 градусов

Средний отпуск 350-450 градусов

Высокий отпуск 550-650 градусов

Низкий отпуск применяется для деталей, которые должны иметь высокую твердость и прочность. При низком отпуске мартенсит закалки превращается в мартенсит отпуска. Мартенсит отпуска отличается от мартенсита закалки отсутствием внутренних напряжений за счет выделения из него избытка углеводорода в виде мельчайших карбидов. Твердость мартенсита отпуска такая же или немного больше, чем у мартенсита закалки (58 – 62 HRC).

Средний отпуск проводится для деталей, в которых требуется максимальный предел упругости. При температурах среднего отпуска происходит распад остаточного аустенита в мартенсит, и затем переход мартенсита в троостит. Троостит представляет собой игольчатую структуру феррита, вдоль игл которого расположены выделившиеся из твердого раствора мелкие карбиды. Такая структура обладает малым запасом вязкости, но зато высоким пределом упругости. Поэтому такой вид отпуска применяют для изготовления упругих деталей машин. Твердость 40 – 45НRС и очень маленькая ударная вязкость.

Высокий отпуск применяется для деталей, в которых необходимо сочетание высокой ударной вязкости и достаточной прочности – это детали машин, работающие с ударными и знакопеременными нагрузками. При этом образуется сорбит. Сорбит представляет собой зёрна феррита с огромным количеством точечных и округлых выделений карбидов, равномерно распределенных по объему стали. Твердость 20 –25 НRС.

Сочетание полной закалки и высокого отпуска называется термическим улучшением стали. Такой термообработке обычно подвергают стали содержащие 0,3 = 0,6 %С. Поэтому такие стали часто называют улучшаемыми.

Выбор того или иного вида отпуска зависит от назначения детали. Если деталь должна обладать максимальной твердостью и износостойкостью, то соответственно твердость поверхности должна быть максимальной и для такой детали всегда применяют закалку с низким отпуском. Если же на первое место по техническим условиям выходит максимальная вязкость, то применяют закалку с высоким отпуском. Средний отпуск в большинстве случаев используют при изготовлении пружины. В некоторых случаях при быстром охлаждении деталей после горячей деформации возникает эффект увеличения твердости за счет получения неравновесных структур типа троостит или бейнит. Такая сталь с трудом поддается обработке резанием, поэтому для снижения твердости её подвергают высокому отпуску при температуре 600-700 С с медленным охлаждением. Чаще всего это высокоуглеродистая сталь или сталь, содержащая легирующие элементы.

5.189.137.82 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Основные виды термической обработки

Различные условия эксплуатации изделий требуют определённого уровня свойств материала деталей, что обеспечивается использованием для их изготовления сплавов на основе различных металлов. Наиболее широкое применение нашли сплавы на основе железа, алюминия, меди и т.д. Расширить возможности использования многих из них позволяют различные режимы термической обработки – совокупности операций нагрева, выдержки и охлаждения, изменяющих в желаемом направлении структуру и, следовательно, свойства сплавов.

Наиболее широкими возможностями изменять свойства в нужном направлении при нагреве-охлаждении имеют сплавы на основе металлов, обладающих полиморфизмом, т.е. способностью изменять тип кристаллической решётки при изменении температуры. К этим сплавам относятся стали, сплавы на основе титана и др.

Основные виды термической обработки конструкционных сталей приведены в табл.3.1.

Гомогенизирующий отжиг проводится для выравнивания химического состава (устранения ликвации)по сечению слитков, отливок и др. заготовок углеродистых и легированных сталей, осуществляется путем нагрева до температуры150…250 °С выше точки Ас3. длительной выдержки при этой температуре с последующим охлаждением с заданной скоростью.

Рекристаллизационный отжиг устраняет дефекты кристаллической структуры без фазовой перекристаллизации сплава, снимая наклеп и внутренние напряжения. Он применяется как промежуточный процесс при производстве холоднокатаной стальной ленты, деталей глубокой вытяжки

и других изделий с целью увеличения пластичности стали. Рекристаллизационный отжиг осуществляется путем нагрева заготовок на 150…250 °С выше температуры рекристаллизации (Трек ), выдержки при этой температуре и последующего медленного охлаждения.

Температуру рекристаллизации углеродистых сталей (0,08-0,2 % С) принимают равной 680…700 °С, легированных сталей в зависимости от содержания легирующих элементов ( рис.3.1).

Отжиг полный (для доэвтектоидных сталей), неполный (для эаэвтектоидных сталей) заключается в нагреве сталей до температур (Ас3 + 30-50)°С и (Aс1 + 20-30)°С соответственно (рис.3.2), выдержке при этой температуре до полного прогрева и завершения фазовых прев­ращений в объеме металла с последующим медленным охлаждением с печью, обеспечивающей получение равновесных струк­тур: феррит + перлит, перлит, перлит + цементит вторичный. После отжига сталь обладает низкой твердостью и прочностью, высокой пластичностью. Скорость охлаждения зависит от степени легирования стали. Углеродистые стали приобретают достаточную плас­тичность при скорости охлаждения 150…200° С/ч.

Основные виды термической обработки сталей

Операция (вид) термообработки

стали, содержащей около 0,35% углерода

Закалка стали 45

Рис.3.2. Диаграмма состояния железо-цементит с температурными областями нагрева при термической обработке сталей

Легированные стали с более высокой устойчивостью переохлажденного аустенита, чем у углеродистых, нужно охлаждать при отжиге медленнее, со скоростью не более 20…100 °С/ч.

Эту скорость можно регулировать, проводя охлаждение печи с заготовками с закрытойили открытой дверцей, с полностью или частично выключенным нагревом. Отжиг в большинстве случаев является подготовительной (промежуточной) операцией, улучшающей обработку резанием средне- и высокоуглеродистых сталей.

Для крупных отливок отжиг в некоторых случаях может являться окончательной термической обработкой, устраняющей остаточные напряжения и уменьшающей опасность деформации изделия.

Изотермический отжиг предназначен для тех же целей, что и полный и неполный отжиг, но позволяет существенно сократить время охлаждения, что особенно важно для легированных сталей.

При изотермическом отжиге нагретая выше точки Ас3 или Ас1 сталь охлаждается сравнительно быстро (обычно переносом в другую печь) до температуры ниже Ас1 (обычно 660…680 °С) и выдерживается при этой температуре до полного распада аустенита. Дальнейшее охлаждение выполняется на воздухе. Поскольку температуру контролировать легче, чем скорость охлаждения, такой отжиг дает более стабильные результаты.

Нормализация является разновидностью отжига и отличается от него в основном условиями охлаждения.

Конструкционные и инструментальные углеродистые и низколегированные стали после горячей обработки давлением и фасонное стальное литье нагревают до температуры (Асз +50-70 и Ас1 + 30-50 )°С и охлаждают на спокойном воздухе. После нормализации эти стали имеют структуру, называемую сорбитом – пластинчатая, повышенной дисперсности структура эвтектоидного типа (Ф+Ц). Дисперсность обеспечивает повышенную твердость – 250…350 HB. Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо закалки и высокого отпуска. Повышение твердости обеспечивает в этом случае получение более чистой поверхности и большую производительность при обработке ре­занием. Для отливок из среднеуглеродистой стали (0,3 — 0,5 % С) нормализацию применяют вместо закалки. Для высокоуглеродистых сталей (эаэвтектоидных) нормализация применяется для устранения цементитной сетки.

Закалка стали заключается в нагреве до температуры выше линии GSK на 30…60°С и охлаждении с высокой скоростью, обеспечивающей мартенситное превращение, в результате которого образуется перенасыщенный твердый раствор углерода в альфа-железе, называемый мартенситом закалки.

Мартенсит образуется при высокой скорости охлаждения в результате полиморфного превращения &#&47; железа (кристаллическая решетка ГЦК) в &#&45; – железо (решетка ОЦК) при отсутствии диффузионного перемещения атомов углерода в процессе охлаждения с высокой скоростью. Мартенсит – перенасыщенный углеродом феррит, структура твердая, хрупкая и неустойчивая. Твердость мартенсита возрастает с увеличением степени перенасыщенности углеродом. Так при 0,1 % С твёрдость мартенсита равна

30 HRC (286 НВ), повышение содержания углерода до 0,7% повышает твёрдость до 65 HRC (671HB).

Мартенсит имеет наибольший удельный объем, зависящий от содержания углерода (максимальный – для эвтектоидной стали). Увеличение удельного объема вызывает большие внутренние напряжения, приводящие к деформации и даже разрушению изделий.

Таким образом, скорость охлаждения стали, нагретой до аустенитного состояния, определяет её структуру и свойства.

На рис.3.3 представлена диаграмма изотермического превращения аустенита углеродистых (пунктирные линии) и легированных (непрерывные линии) сталей, полученная на основе экспериментальных данных.

Закалка стали 45

Рис. 3.3. Влияние легирующих элементов на устойчивость переохлажденного аустенита: углеродистой стали (штриховая линия); легированной стали (сплошная линия)

Скорости охлаждения Vкр.угл. и Vкр.лег. соответствуют минимальной скорости охлаждения этих сталей, обеспечивающей получение мартенситной структуры из аустенита. Эти скорости называются критическими скоростями охлаждения сталей.

Углеродистые стали имеют высокую критическую скорость охлаждения (V кр.уг. =800…350 °С/с), легированные значительно меньшую (Vкр.лег =120…50 °С/с), что обусловлено разной устойчивостью переохлаждённого аустенита (рис.3.3). Более медленное охлаждение при закалке создает меньшие термические напряжения и обеспечивает более глубокую прокаливаемость легированных сталей по сравнению с углеродистыми (углеродистые – до 15 мм; хромистые – от 20 до 70 мм; стали, содержащие 0,001- 0,005 % бора, до 150 мм).

Углерод понижает температуры начала Мн и конца Мк мартенситного превращения сталей. Легирующие элементы, кроме кобальта, также значительно снижают эти точки, что приводит к сохранению значительного количества остаточного аустенита. Для высоколегированных быстрорежущих сталей его объем составляет 40 % и более. Обработка холодом непосредственно после закалки при температуре (-196°С – жидкий азот) обеспечивает практически мартенситное превращение всего остаточного аустенита, что сопровождается некоторым повышением твёрдости.

Стали доэвтектоидные и заэвтектоидные отличаются по условиям нагрева под закалку. Первые нагреваются до аустенитного состояния (выше линии GS: Ас3 +30-50 °С), вторые – до аустенитно-цементитного состояния (выше линии SK: Ас1 +20-40 °С).

Эти различия закономерны, так как цементит обладает наибольшей из всех структур стали твёрдостью и его сохраняют при нагреве под закалку эаэвтектоидных сталей.

Низколегированные стали имеют несколько повышенную по сравнению с углеродистыми температуру нагрева под закалку (табл.3.2), так как большинство легирующих элементов смещают критические точки превращения Ас3 и Ас1 диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов в сторону повышения.

Температура нагрева под закалку конструкционных сталей

Для высоколегированных сталей с карбидообразующими элементами (W, V, Mо) необходимы высокие температуры нагрева под закалку, обес­печивающие растворение карбидов и получение высоколегированного аустенита. Например, быстрорежущую сталь PI8 необходимо нагревать до температуры 1270…1290°С.

При этой температуре карбиды распадаются и аустенит растворяет весь углерод стали. Длительность выдержки определяется временем, необходимым для прогрева и полного растворения исходных структур стали, т.е. до получения аустенитной структуры. При правильно проведенном технологическом процессе закалки структура углеродистой конструкционной стали (например, стали 45) состоит из мелкоигольчатого мартенсита с твёрдостью 55…60 HRC, структура – неравномерная, неустойчивая, напряженная. Для снятия внутренних напряжений после закалки проводят отпуск.

Если углеродистую сталь охладить в масле с температуры нагрева под закалку, т.е. со скоростью ниже критической, то получится троостит закалки с твердостью 45…50 HRC. Эта структура пластинчатая с низким значением ударной вязкости (KCU), но высокими упругими свойствами.

При охлаждении с температуры закалки на воздухе углеродистой стали (например, эвтектоидной) образуется структура сорбит закалки с твёрдостью 27…30 HRC, имеющий более грубую пластинчатую структуру по сравнению с трооститом и обладающий большим значением ударной вязкости. Обычно такая структура получается после нормализации углеродистых сталей с содержанием углерода 0,35-0,55 %.

Скорость охлаждения по сечению изделия будет различной. Наиболее быстро охлаждается поверхность изделия, а по мере удаления от неё к центру изделия скорость охлаждения уменьшается. Если фактическая скорость охлаждения сердцевины окажется меньше критической, необходимой для получения мартенсита, в этом случае случаи она окажется незакаленной.

При использовании сталей с меньшей критической скоростью охлаждения глубина закалки возрастает. При оценке прокаливаемости закаленными считаются слои, в которых содержится не менее 50 % мартенсита.

Процесс закалки заключается в быстром погружении закаливаемого изделия в охлаждающую среду комнатной температуры (вода – углеродистая сталь, масло – легированная сталь).

В некоторых случаях условия охлаждения изменяются с целью уменьшения деформации (коробления) изделия и для предотвращения образования трещин, иногда возникающих при закалке. Основной источник внутренних напряжений – увеличение объема в результате превращения аустенита в мартенсит.

Для уменьшения остаточных напряжений используется ряд специальных способов закалки (рис.3.4): закалка в двух средах, ступенчатая, изотермическая .

При закалке в двух средах изделие погружается в воду и выдерживается несколько секунд (охлаждается до 300…410 °С), а затем переносится в масло.

Ступенчатая закалка заключается в погружении изделия в воду для охлаждения детали до 300…400 °С, быстром переносе в жидкость с температурой на 50…100 °С выше температуры начала мартенситного превращения, выдержке в ней в течение нескольких секунд и дальнейшим охлаждении в воде.

Изотермическая закалка предполагает погружение детали в воду для охлаждения до температуры выше точки Мн. затем перенос в жидкую среду c температурой на 50…100 °С выше начала мартенситного превращения и более длительную выдержку в ней по сравнению со ступенчатой закалкой для завершения превращения аустенита в бейнит .

Для некоторых сталей (типа быстрорежущих) с температурой конца мартенситного превращения ≤(-100°С) непосредственно после закалки применяется охлаждение до температуры -100…-150 °С в жидком азоте для перевода остаточного аустенита в мартенсит.

Для заэвтектоидных инструментальных сталей выполняется только неполная закалка в воде с температуры нагрева и выдержки Ас1 +30…40°С.

Время нагрева заготовки складывается из времени прогрева и выдержки при температуре закалки, которое зависит от состава стали. Время прогрева заготовки зависит от теплопроводности стали и толщины стенок изделия.

Закалка стали 45

Рис 3.4. Основные способы закалки стали: 1 – непрерывная;

2 – в двух средах;3 – ступенчатая; 4 – изотермическая

После закалки наряду с мартенситом в структуре присутствуют мелкие включения цементита вторичного, полученные в процессе предварительной нормализации стали.

После закалки все стальные заготовки деталей и инструмента подвергают отпуску, назначение которого заключается в уменьшении внутренних напряжений, возникших в процессе закалки, и получения необходимых для конкретных условий эксплуатации изделия свойств.

Отпуск стали является окончательной операцией термической обработки стали, устраняющей или понижающей внутренние напряжения, возникающие при закалке, и обеспечивающей требуемые механические свойства. По условиям нагрева и выдержки отпуск подразделяется на отпуск низкотемпературный, среднетемпературный и высокотемпературный.

Низкотемпературный (низкий) отпуск осуществляется путем нагрева закаленной стали до температур 150…220°С, выдержке при этой температуре и охлаждении с любой скоростью. Содержание углерода в решетке мартенсита в процессе низкотемпературного от­пуска уменьшается за счет выхода из решетки небольшого количества атомов углерода, внутренние напряжения в ней падают. В результате низкого отпуска в углеродистых сталях происходит частичное снятие внутренних напряжений мартенсита закалки, твёрдость понижается на 2-3 единицы, но остаётся на уровне 60…57 HRC. В этом случае структура называется мартенситом отпуска.

В легированных сталях углерод, вышедший в процессе низкого отпуска из решетки мартенсита в виде метастабильного сложного e- карбида, когерентно связан с решеткой мартенсита, что обеспечивает перераспределение напряжений и сохранение их уровня и, следовательно, твердости стали на уровне за­каленного состояния, а в ряде случаев и её повышение

(высоколегированные стали). В высокоуглеродистых и низколегированных сталях происхо­дит также распад остаточного аустенита с образованием низкоуглеродистого мартенсита и карбидов.

Закалка с низким отпуском применяется для металлорежущего, измерительного инструмента и для некоторых деталей, работающих в условиях износа.

Типичные примеры применения низкого отпуска: детали шариковых и роликовых подшипников, детали из высокопрочных легированных конструкционных сталей, работающие в условиях износа.

Среднетемпературный (средний) отпуск осуществляется при температуре 350…450 °С с целью получения высокого пределаупругости, прочности, выносливости и сопротивляемости стали действию ударной нагрузки.

При температуре среднего отпуска из мартенсита закалки выделяются обособленные частицы цементита Fe3 C. При этом почтивесь избыточный углерод мартенситнойосновы диффундирует из решетки, снимая искажения кристаллической решеткии внутренние на­пряжения. Полученная структура представляетсобой ферритную основу с рассеянными в ней мелкими частицами цементита и называется троостит отпуска. Такаяструктура характеризуется повышенной твердостью (40…45 НRС), высокой упругостью и прочностью и является ценной структурой для деталей типа пружин и рессор.

Высокотемпературный (высокий) отпуск осуществляется при температуре 500…650°С. Продолжительность высокого отпуска обычно составляет 1 – 2 часа для деталей небольшого сечения и от 3 до 8 часов для деталей массой от 200 до 1000 кг (диски газовых и паровых турбин, валы, детали большого веса). В процессе выдержки приэтих температу­рах происходит коагуляция частиц цементита и практически полное снятие искажений решетки ферритной основы и внутренних напряжений. Структура, полученная при высоком отпуске, называется сорбитом отпуска и состоит из феррита и мелких частиц цементита. Эта структура отличается высокой вязкостью при достаточ­ной твердости и прочности и является наиболее соответствующей для деталей машин, которые подвергаются действию высоких напря­жений при ударах и знакопеременных нагрузках.

При высоком отпуске в ряде случаев получается структура зернистого сорбита с твёрдостью 30 HRC и высоким значением ударной вязкости. Закалка с высоким отпуском называется улучшением. Этот вид термической обработки применяется для деталей сложной конфигурации, деталей ответственного назначения с различными видами нагрузок (статические, динамические и пр.).

Структура стали формируется в период выдержки при температуре отпуска и последующая скорость охлаждения углеродистой и большинства легированных сталей не оказывает влияние на её структурное состояние.

Ускоренное охлаждение с температуры отпуска применяется для предотвращения отпускной хрупкости второго рода, свойственной некоторым легированным сталям, подвергающимся улучшению.

/ Термообработка ст45

Лабораторная работа №1

Тема: ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ 45.

Цель работы. Получить практические навыки проведения термической обработки углеродистой стали и последующего контроля, изучить влияние различных режимов обработки на структуру и твердость стали.

1.Определить твердость образцов углеродистой стали в исходном (отожженном) состоянии.

2.Провести термическую обработку образцов согласно заданиям таблицы, приведенной в конце работы.

3.Определить твердость после закалки.

4.Провести отпуск закаленных образцов при температурах 200, 400, 600 0 С.

5.Определить твердость образцов после каждого отпуска.

6.Результаты измерения занести в графы 5, 6 таблицы.

7.По полученным результатам построить графики зависимости:

а) твердости от температуры нагрева;

б) твердости от скорости охлаждения;

в) твердости от температуры отпуска.

8.Исследовать и зарисовать микроструктуры образцов после термической обработки.

9.На схемах микроструктур стали по результатам полученной твердости указать режимы термической обработки.

10.Написать отчет по работе в соответствии с пунктами задания и по полученным графическим зависимостям сделать выводы.

Приборы, материалы, инструменты.

Для выполнения работы необходимо:

-печи с термоэлектрическими пирометрами (950°С, 850°С, 750°С, 600°С, 400°С, 200°С);

-твердомеры по Роквеллу (с алмазным конусом и со стальным закаленным шариком) и твердомер по Бринеллю с микроскопом по Бринеллю;

-баки с водой и баки с маслом;

-образцы стали 45;

-комплекты наборов микрошлифов со структурой мартенсит, троостит, сорбит, мартенсит + феррит, видманштеттовая структура.

Методика проведения эксперимента.

При выполнении лабораторной работы каждый студент (15 студентов) с определенными режимами термической обработки и проводит их согласно экспериментальной таблице. Полученные экспериментальные данные сводятся в экспериментальную таблицу. После заполнения всех колонок таблицы строятся графики зависимости (твердости от температуры нагрева, твердости от температуры отпуска, твердости от скорости охлаждения).

Термообработка заключается в нагреве детали до определенной температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении с той или иной скоростью. При этом происходит изменение структуры, а, следовательно, механических и технологических свойств обрабатываемой детали.

При нагревании и охлаждении в железоуглеродистых сплавах происходят превращения при определенных температурах, называемых критическими точками. При нагревании их принято условно обозначать Ас1. Ас3. Асm. Превращения в сталях при нагревании носят кристаллизационный характер, т.е. при этом происходит образование центров зародышей и последовательный их рост. Исходная структура всех сталей представляет собой смесь двух фаз – феррита и цементита.

При медленном нагревании до температур ниже линии PSK никаких превращений в стали, не происходит. При дальнейшем нагревании в доэвтектоидных сталях происходит постепенное растворение феррита в аустените. При температуре выше линии GSE стали, будут иметь однородную структуру – аустенит.

При медленном охлаждении эвтектоидной стали, аустенит превращается в перлит (смесь феррита и цементита). Это превращение носит диффузионный характер, т.е. углерод, выделяясь из аустенита, образует зародыши цементитовых включений, число которых и последовательный рост зависят от степени переохлаждения.

В зависимости от степени охлаждения аустенита можно получить следующие продукты его распада: перлит – крупнозернистая смесь феррита и цементита; троостит – высокодисперсная мелкозернистая смесь феррита и цементита. При больших степенях переохлаждения аустенита диффузионное превращение прекращается, образование цементита становится невозможным и поэтому образуется структура мартенсит (перенасыщенный твердый раствор – внедрение углерода в α-Fe).

Основными видами термической обработки являются: отжиг, нормализация, закалка и отпуск (рис.4.1)

Рис.4.1 Левый угол диаграммы состояния Fe – Fe3 C и температурные области нагрева при термической обработке сталей (а); схема режимов отжига, закалки, отпуска и нормализации сталей (б).

Закалка стали 45

Отжиг первого рода (рекристализационный отжиг) – подготовительная операция термической обработки. Цель отжига 1 рода – устранение химической и физической неоднородности сплава, созданной предшествующими обработками. В результате нагрева детали до температур ниже фазовых превращений, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении понижаются прочность, и твердость стали, повышаются ее пластичность и вязкость, улучшается обрабатываемость резанием.

К отжигу 1 рода относятся:

диффузионный отжиг – применяется для слитков легированной стали с целью уменьшения дендритной ликвации (снижающей пластичность и вязкость стали и увеличивающей склонность и вязкость стали и увеличивающей склонность стали к хрупкому разрушению); температура нагрева составляет 1100-1200 0 С;

— рекристализационный отжиг – применяется перед или после холодной обработки стали давлением для уничтожения нагартовки (наклепа) металла; температура рекристаллизационного отжига любого металла должна быть выше температуры рекристаллизации данного металла. Например, для стали, температура рекристаллизации и отжига на 150-250 0 С выше температуры рекристаллизации и обычно составляет 680-700 0 С;

отжиг для снятия остаточных напряжений – применяется для отливок, сварных изделий, детали после обработки резанием или давлением, в которых в процессе предшествующих технологических операций из-за неравномерного охлаждения или неоднородной пластической деформации возникли остаточные напряжения, вызывающие изменение размеров, коробление и поводку в процессе его обработки или эксплуатации. Температура данного отжига 660-700 0 С.

Цель отжигаIIрода – выровнять химический состав детали, получить мелкозернистую равновесную структуру, снять внутренние напряжения, повысить пластичность и понизить твердость, улучшить условия обрабатываемости резанием.

К отжигу II рода относятся:

Полный отжиг (полная фазовая перекристаллизация)- применяется, для доэвтектоидной стали (поковки, штамповки, прокат, слитки и фасонные отливки из углеродистой и легированной стали) с целью измельчения зерна и получения высокой пластичности и вязкости. Сталь нагревают на 30-50 0 С выше критической точки Ас3. выдерживают при этой температуре и медленно охлаждают. При нагреве из исходной феррито-перлитной структуры образуется аустенит с мелким зерном, который при последующем медленном охлаждении превращается в мелкозернистую ферритно-перлитную структуру. Нагрев стали, до температуры на 100-150 0 С выше точки Ас3 приводит к росту зерна аустенита. При дальнейшем охлаждении у такой стали, будет образовываться крупнокристаллическая ферритно-перлитная структура – ‘’видманштет’’ с низкой пластичностью и вязкостью, и будет являться браком отжига. Сталь, имеющая структуру «видманштет», называется перегретой. Структура перегретой стали, может быть устранена путем проведения полного отжига по оптимальному режиму. Нагрев стали до температур, лежащих несколько ниже линии солидус, приводит к ‘’пережогу’’ стали, т.е. к неисправимому браку, вследствие чего происходит, выгорание углерода из стали, пограничное оплавление и окисление зерна, нарушение связи между зернами;

(неполная фазовая перекристаллизация) применяется для заэвтектоидных сталей путем нагрева детали до температуры выше критической точки Ас1 на 10-30 0 С, выдержки при этой температуре и последующего медленного охлаждения. В результате из исходной структуры цементит+перлит при нагреве образуется цементит+аустенит, и после охлаждения цементит+перлит (зернистый). Если же нагреем до температур выше критической точки Ас1 на +30-50 0 С, то образуется перлит (пластинчатый). Сталь с зернистым перлитом имеет более низкую твердость, прочность, более высокую пластичность, лучше обрабатывается резанием по сравнению со сталью с пластинчатым перлитом.

Нормализация – промежуточный процесс термической обработки между отжигом и закалкой. В зависимости от химического состава стали, нормализацию применяют иногда вместо отжига или закалки. Нормализация отличается от отжига повышенной скоростью охлаждения (на стойком или движущемся воздухе). Процесс нормализации заключается, в нагреве стали выше критических температур Асз (доэвтектоидной стали), Асm (заэвтектоидные стали) на 30-50 0 выдержке при этой температуре и охлаждении на воздухе. Структура стали после нормализации: перлит+феррит (доэвтектоидные стали) или перлит+цементит (заэвтектоидные стали) и некоторое количество сорбита или троостита. Присутствие сорбита и троостита в структуре средне- и высокоуглеродистой стали, повышает твердость и прочность на 10-15%; для низкоуглеродистой стали, нормализацию применяют вместо отжига.

Закалка применяется с целью увеличения твердости, прочности, износостойкости стали. Эта термическая обработка заключается, в нагреве стали выше критической точки превращения, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении и скоростью охлаждения выше критической. Для доэвтектоидных сталей проводят полную закалку, сопровождающуюся полной фазовой перекристаллизацией. Температура нагрева Асз + (30-50 0 С): феррит + перлит Закалка стали 45 Закалка стали 45нагрева Закалка стали 45аустенит Закалка стали 45охлаждается в воде Закалка стали 45получается структура мартенсит закалки. Для заэвтектоидных сталей проводят неполную закалку – неполная фазовая перекристаллизация. Температура нагрева Ас1 + (30-50 0 С): перлит + цементит Закалка стали 45нагрев Закалка стали 45аустенит + цементит Закалка стали 45охлаждение в воде Закалка стали 45получается мартенсит закалки + цементитII.

Цементит II увеличивает, износостойкость стали.

Охлаждение может проводиться с применением различных закалочных сред: воды, масла, расплавленных солей, растворов солей, кислот, щелочей, водорастворимых полимеров, воздуха. В зависимости от скорости охлаждения при закалке образуются три структуры: мартенсит, троостит и сорбит.

Мартенсит (назван в честь немецкого металловеда Мартенса) получают при скорости охлаждения 180-200 град/с – пересыщенный твердый раствор углерода в Fe Закалка стали 45 Закалка стали 45. Это продукт начальной стадии распада аустенита, когда углерод при высокой скорости охлаждения не успевает, выделится в виде цементита при переходе Fe Закалка стали 45вFe Закалка стали 45 Закалка стали 45 в виде пересыщенного раствора. Мартенсит закалки имеет неравновесную структуру, тетрагональную решетку, игольчатое строение, высокую твердость и характеризуется наличием внутренних напряжений (НВ 500-600). Мартенсит имеет самую низкую плотность, при нагревании неустойчив и переходит в другие структуры.

Наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит, называется критической скоростью закалки. Мартенсит имеет игольчатое строение и высокую твердость (НВ 650). Мартенситное превращение происходит в интервале температур Мн-Мк (где Мн – начало, а Мк – конец мартенситных превращений), которые определяются, содержанием углерода в стали (рис. 4.2.).

Рис. 4.2 Микроструктура крупноигольчатого мартенсита (М) и остаточного аустенита (Аост) стали (1,6%С), закаленной от температуры нагрева 1100 о С в воде (х500) (а); микроструктура мелкоигольчатого мартенсита стали с 0,5%С (х500) (б)

Закалка стали 45

Троостит (назван в честь французского химика Труста) — продукт распада аустенита при скорости охлаждения 80-100 град/с. Троостит представляет механическую смесь феррита + цементита высокой дисперсности, так как при такой скорости охлаждения аустенит при переходе Fe Закалка стали 45вFe Закалка стали 45 Закалка стали 45 распадается с образованием феррита и цементита, но рост зерен этих структур затруднен (НВ 400). Пластинчатые строения (рис. 4.3.).

Рис. 4.3 Структура троостита х100

Закалка стали 45

Сорбит (назван в честь английского ученого Сорби) – продукт распада аустенита при скорости охлаждения 50 град/с. Так же, как и троостит, является смесью феррита и цементита, но зерна феррита и цементита в сорбите в 10 раз крупнее, чем в троостите, так как при меньшей скорости охлаждения зерно успевает расти. Структура сорбита более вязкая, пластичная, но менее твердая (НВ 300). Пластинчатое строение (рис.4.4).

Рис. 4.4 Структура сорбита х100

Закалка стали 45

Отпуск является окончательной операцией термической обработки; цель – уменьшение закалочных напряжений и получение заданных механических свойств стали (твердости, прочности, пластичности). Сталь нагревают до температуры ниже Ас1. выдерживают при заданной температуре, а затем охлаждают с определенной скоростью (обычно на воздухе). В зависимости от температуры нагрева закаленной стали, отпуск бывает низкий, средний и высокий.

Низкий отпуск проводят при нагреве до 200-250 0 С с целью получения мартенсита отпуска и снятия части внутренних напряжений при сохранении твердости. НВ 580-630 с некоторым повышением прочности и вязкости. Низкому отпуску подвергают большинство деталей, мерительный и режущий инструменты (рис.4.5).

Рис.4.5 Микроструктура мартенсита отпуска при 120 о С х1500

Закалка стали 45

Средний отпуск проводят при нагреве до 350-500 0 С с целью получения троостита отпуска и получения высокого предела упругости и некоторого повышения вязкости. Средний отпуск применяют при получении полуфабрикатов для изготовления пружин, рессор, кузнечных штампов. Троостит отпуска имеет зернистое строение с более высокими значениями механических характеристик, чем пластинчатый (рис. 4.6).

Рис. 4.6 Микроструктура троостита отпуска при 370 о С х1500

Закалка стали 45

Высокий отпуск проводят при нагреве до 500-600 0 С с целью получения сорбита отпуска и получения лучшего соотношения между прочностными и пластическими свойствами. Его используют для многих деталей (осей автомобилей, шатунов двигателей и т.д.). Сорбит отпуска имеет зернистое строение с более высокими значениями механических характеристик, чем пластинчатое (рис.4.7).

Рис.4.7 Микроструктура сорбита отпуска при 600 о С х1500

Закалка стали 45

1.Измеряют исходную твердость 15 образцов углеродистой стали.

2.Образцы помещают в печь, нагретую до температуры закалки, для стали данной марки и выдерживают в печи требуемое время.

3. Затем часть образцов охлаждают в воде, часть в масле при энергичном непрерывном движении их в охлаждающейся жидкости, часть оставляют охлаждаться на воздухе.

4.Три образца после закалки помещают в печи с температурой 200,400,600 0 С для проведения отпуска, затем охлаждают на воздухе.

5.После закалки и отпуска твердость измеряют на приборе Роквелла (шкала С) алмазным конусом при нагрузке 150 кг (1500Н), и эти значения переводят в НВ (до измерения оба торца зачистить на шлифовальной шкурке для снятия окалины). Полученные результаты записывают в графы 6,7 таблицы.

6.По полученным данным нужно построить графики зависимостей НВ = f(Тнагр .); НВ=f(Vохл .); НВ=f(Тотп .) и сделать выводы о влиянии различных режимов термической обработки на механические свойства.

7.Просмотреть, охарактеризовать и схематично зарисовать в тетради микроструктуру шлифов, предложенных образцов стали. Под каждым рисунком указать марку стали, структуру, твердость, режим термической обработки. Дать определение закалки и отпуска.

Сделать выводы по каждому построенному графику зависимости.

Вопросы для самопроверки.

1.В каком случае образуется структура видманштет?

2.Как строится диаграмма изотермического превращения аустенита?

3.Какая структура имеет большую плотность: аустенитная или мартенситная и почему?

4.Как влияет температура нагрева, на структуру и свойства стали?

5.Что такое отпускная хрупкость?

6.В чем сущность процесса старения?

7.Параметры, характеризующие термическую обработку?

8.Назначение предварительной и окончательной термических обработок.

9.Чем отличается, чугун от стали?

10.Как изменяются, механические свойства стали после отжига, нормализации, закалки и отпуска?

11.Какие требования предъявляются к закалочным средам?

12.Какие стали, подвергаются закалке?

13.Какой вид брака, при закалке наблюдается наиболее часто и на каком этапе технологического процесса?

14.Какова основная цель проведения отпуска?

15.Для каких сталей отжиг можно заменить более дешевой обработкой — нормализацией?

16.В чем заключается, поверхностная закалка стали и как она проводится?

17.Какие напряжения при термообработке приводят к деформации образца?

1. Фазовые превращения в сплавах железа.

2. Диаграмма изотермического распада аустенита.

1. Гуляев А.П. Металловедение. М.:Металлургия, 1977, — 647с.

2. Геллер Ю.А. Рахштадт А.Г. Материаловедение. М. Металлургия, 1989, — 384с.

3. Солнцев Ю.П. Металловедение и технология металлов. М.:Металлур­гия, 1988, -512с.

4. Арзамасов Б.Н. Материаловедение. М.:Металлургия, 1986, — 540 с.

5. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М. Металлургия, 1983, — 407с.

6. Лахтин Ю.М. Леонтьева Е.П. Материаловедение. М. Машиностроение, 1990, — 528с.

Термообработка стали 45, 40х, 20, 30хгса, 65г, 40, 40хн, 35, и стали 20х13

Закалка стали 45 Термообработка стали 45

В машиностроении чаще всего подвергают термообработки сталь 45 (в качестве заменителя 40Х, 50, 50Г2), сталь 40х (в качестве заменителя стали 38ха, 40хр, 45х, 40хс, 40хф, 40хн), сталь 20 (в качестве заменителя 15, 25), сталь 30хгса (заменители 40хфа, 35хм, 40хн, 25хгса, 35хгса). сталь 65г, сталь 40хн, сталь 35, и сталь 20х13, также

Термообработка стали 45

Термообработка стали 45 — конструкционная углеродистая. После предварительной термообработки стали 45 — нормализации, довольно легко проходит механическую обработку. Точение, фрезеровку и т. д. Получают детали, например,типа вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки.
После окончательной термообработки стали 45 (закалка), детали приобретают высокую прочность и износостойкость. Часто шлифуются. Высокое содержание углерода (0,45%) обеспечивает хорошую закаливаемость и соответственно высокую твёрдость поверхности и прочность изделия. Сталь 45 калят «на воду». То есть после калки деталь охлаждают в воде. После олаждения деталь подвегается низкотепмературному отпуску при температуре 200-300 градусов Цельсия. При такой термообработки стали 45 получают твердость порядка 50 HRC.

Термообрабтка стали 45 и применение изделий: Кулачки станочных патронов, согласно указаниям ГОСТ, изготовляют из сталей 45 и 40Х. Твёрдость Rc = 45 -50. В кулачках четырёхкулачных патронов твёрдость резьбы должна быть в пределах Rс = 35-42. Отпуск кулачков из стали 45 производится при температуре 220-280°, из стали 40Х при 380-450° в течение 30-40 мин.

Расшифровка марки стали 45: марка 45 означает, что в стали содержится 0,45% углерода,C 0,42 — 0,5; Si 0,17 — 0,37;Mn 0,5 — 0,8; Ni до 0,25; S до 0,04; P до 0,035; Cr до 0,25; Cu до 0,25; As до 0,08.

Термообработка стали 40Х

Термообработка стали 40Х — легированная конструкционная сталь предназначена для деталей повышенной прочности такие как оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и прочих деталей повышенной прочности. Сталь 40Х также часто используется для производства поковок, штампованных заготовок и деталей трубопроводной арматуры. Однако последние перечисленные детали нуждаются в дополнительной термической обработке, заключающейся в закалке через воду в масле или просто в масле с последующим отпуском в масле или на воздухе.

Расшифровка марки стали 40Х. Цифра 40 указывает на то, что углерод в стали содержится в объеме 0,4 %. Хрома содержится менее 1,5 %. Помимо обычных примесей в своем составе имеет в определенных количествах специально вводимые элементы, которые призваны обеспечить специально заданные свойства. В качестве легирующего элемента в данном случае используется хром, о чем говорит соответствующая маркировка.

Термообработка стали 20

Термообработка стали 20 — сталь конструкционная углеродистая качественная. Широкое применение в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того промышленность выпускает пруток, лист. Температура начала ковки стали 20 составляет 1280° С, окончания — 750° С, охлаждение поковки — воздушное. Сталь 20 нефлокеночувствительна и не склонна к отпускной способности.
После цементации и цианирования из стали 20 можно изготавливать детали, от которых требуется высокая твёрдость поверхности и допускается невысокая прочность сердцевины: кулачковые валики, крепёжные детали, шпиндели, звёздочки, шпильки, вилки тяг и валики переключения передач, толкатели клапанов, валики масляных насосов. Сталь 20 применяют для производства малонагруженных деталей ( пальцы, оси, копиры, упоры, шестерни ). цементуемых деталей для длительной и весьма длительной службы (эксплуатация при температуре не выше 350° С), тонких деталей, работающих на истирание и другие детали автотракторного и сельскохозяйственного машиностроения.

Термообработка стали 30хгса

Термообработка стали 30хгса — относится к среднелегированной конструкционной стали. Сталь 30хгса проходит улучшение – закалку с последующим высоким отпуском при 550-600 °С, поэтому применяется при создании улучшаемых деталей (кроме авиационных деталей это могут быть различные корпуса обшивки, оси и валы, лопатки компрессорных машин, которые эксплуатируются при 400°С, и многое другое). рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах.
Сталь 30хгса обладает хорошей выносливостью, отличными показателями ударной вязкости, высокой прочностью. Она также отличается замечательной свариваемостью.

Сварка стали 30хгса тоже имеет свои особенности. Она осуществляется с предварительным подогревом материала до 250-300 °С с последующим медленным охлаждением. Данная процедура очень важна, поскольку могут появиться трещины из-за чувствительности стали к резким перепадам температуры после сварки. Поэтому по завершении сварных работ горелка должна отводиться медленно, при этом осуществляя подогрев материала на расстоянии 20-40 мм от места сварки. Также, не более, чем спустя 8 часов по завершении сварки сварные узлы стали 30ХГСА нуждаются в закалке с нагревом до 880 °С с последующим высоким отпуском. Далее изделие охлаждается в масле при 20-50 °С. Отпуск осуществляется нагревом до 400 — 600 °С и охлаждением в горячей воде. Сварку же необходимо выполнять максимально быстро, дабы избежать выгорания легирующих элементов.
После прохождения термомеханической низкотемпературной обработки сталь 30хгса приобретает предел прочности до 2800 МПа, ударная вязкость повышается в два раза (в отличии от обычной термообработки стали 30хгса), пластичность увеличивается.

Термообработка стали 65г

Термообработка стали 65г — Сталь конструкционная рессорно-пружинная. Используют в промышленности пружины, рессоры, упорные шайбы, тормозные ленты, фрикционные диски, шестерни, фланцы, корпусы подшипников, зажимные и подающие цанги и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной износостойкости, и детали, работающие без ударных нагрузок. (заменители: 70, У8А, 70Г, 60С2А, 9ХС, 50ХФА, 60С2, 55С2).

Термообработка стали 40 — Сталь конструкционная углеродистая качественная. Использование в промышленности: трубы, поковки, крепежные детали, валы, диски, роторы, фланцы, зубчатые колеса, втулки для длительной и весьма длительной службы при температурах до 425 град.

Термообработка стали 40хн — Сталь конструкционная легированная Использование в промышленности: оси, валы, шатуны, зубчатые колеса, валы экскаваторов, муфты, валы-шестерни, шпиндели, болты, рычаги, штоки, цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динами ческим нагрузкам, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости. Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла.

Термообработка сталь 35 — Сталь конструкционная углеродистая качественная. Использование в промышленности: детали невысокой прочности, испытывающие небольшие напряжения: оси, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, шпиндели, звездочки, тяги, ободы, траверсы, валы, бандажи, диски и другие детали.

Термообработка стали 20Х13 — Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная. Использование в промышленности: энергетическое машиностроение и печестроение; турбинные лопатки, болты, гайки, арматура крекинг-установок с длительным сроком службы при температурах до 500 град; сталь мартенситного класса Сталь марки 20Х13 и другие стали мартенситного класса: жаропрочные хромистые стали мартенситного класса применяют в различных энергетических установках, они работают при температуре до 600° С. Из них изготовляют роторы, диски и лопатки турбин, в последнее время их используют для кольцевых деталей больших толщин. Существует большое количество марок сталей данного класса. Общим для всех является пониженное содержание хрома, наличие молибдена, ванадия и вольфрама. Они эффективно упрочняются обычными методами термообработки, которая основана на у — a-превращении и предусматривает получение в структуре мартенсита с последующим улучшением в зависимости от требований технических условий. (заменители: 12Х13, 14Х17Н2)

Закалка и отпуск стали 45

Обработка стали, осуществляемая в процессе термообработки, является одной из важнейших операций в металлургической отрасли и машиностроении. При соблюдении технологии PC 45 изделие приобретает достаточную прочность, значительно расширяя область использования изготовляемых изделий. При необходимости можно осуществлять закалку изделия из стали, в домашних условиях строго соблюдая технологию. При закалке лезвия ножа в домашних условиях вполне допустимо добиться повышения прочностных характеристик изделия в 3-4 раза.

Закалка стали 45

Структурные изменения металла

При нагревании конструкционной специальной стали 45 до аустенитного уровня, происходит изменение состояния структурной решетки железа с переходом из объемно-центрированной в гранецентрированную структуру. Осуществляется перемещение углерода входящего в перлит и представляющего собой мельчайшие кристаллы Fe3C (цементита) в гранецентрированную измененную решетку железа.

Закалка стали 45

Структура стали 45 после отжига и закалки

В ходе охлаждения происходит быстрое снижение температуры обрабатываемой стали, но из-за замедления скорости перемещения атомов углерода они остаются внедренными в новую решетку железа, образуя твердую пересыщенную структуру, имеющую внутреннее напряжение. Решетка преобразуется в тетрагональную с ориентацией в одном направлении.

Происходит образование игольчатых мелких структур имеющих название мартенсит. Данный вид кристаллов придает металлу высокую прочность, твердость и улучшенные характеристики. Происходит образование одновременно двух видов кристаллов аустенита и мартенсита, которые воздействуют друг, на друга создавая внутреннее избыточное напряжение. При активном влиянии на металл внешних сил происходит взаимная компенсация двух видов кристаллов, придавая структуре прочность.

Термическая обработка металла

Для изменения характеристик стали производится термическая обработка с соблюдением необходимых режимов воздействия.

Процесс термической обработки состоит из процессов:

Закалка стали 45

Режимы термообработки стали 45

Закалка и отпуск стали во многом зависят от ряда факторов:

  • температурного режима;
  • скорости повышения температуры;
  • временного промежутка воздействия на металл высоких температур;
  • процесса охлаждения (скорости изменения температуры охлаждения среды или жидкости).

Закалка стали

Процесс закалки стали заключается в проведении термообработки заготовок с нагреванием до температуры выше критической с дальнейшим ускорением охлаждения. Данное состояние способствует повышению прочности и твердости (HRC) стали с одновременным снижением пластичности и улучшением потребительских характеристик.

Режим воздействия температуры охлаждения металла зависит от количества содержания углерода и легирующих присадок в стали.

После проведения закалки стали заготовки покрываются налетом окалины и частично теряют содержащийся углерод, поэтому технология обязательно должна соблюдаться согласно установленному регламенту.

Охлаждение металла должно проходить быстро, для предотвращения преобразования аустенита в сорбит или троостит. Охлаждение должно производиться точно по графику быстрое остывание заготовок, приводит к образованию мелких трещин. В процессе охлаждения от 200 °C до 300 °C происходит искусственное замедление при постепенном остывании изделий для этого, могут использоваться охлаждающие жидкости.

Закалка стали с помощью ТВЧ

При проведении поверхностной закалки с помощью ТВЧ процесс нагрева изделий осуществляется до более высокой температуры.

Это вызвано двумя факторами:

  1. Нагрев осуществляется за короткое время с ускоренным изменением и переходом перлита в аустенит.
  2. Реакция перехода должна осуществляться в сжатые сроки за небольшой промежуток времени при высокой температуре.

Закалка стали 45

Закалка ТВЧ (токами высокой частоты)

Процессы, протекающие при обычной закалке в печи с использованием ТВЧ, имеют различные характеристики и ведут к изменению твердости (HRC) заготовок:

  1. При нагреве в печи скорость составляет, 2-3 °С/сек до 840 – 860 °С.
  2. С использованием ТВЧ – 250 °С/сек до температуры 880 – 920 °С или в режиме при 500 °С/сек – до 980 – и 1020 °С.

Нагрев деталей при использовании ТВЧ осуществляется до более высокой температуры, но перегрева заготовки не происходит. В процессе обработки с применением ТВЧ время операции нагрева значительно сокращается, что способствует сохранению размера и структуры зерна. В ходе выполнения операции закалки ТВЧ твердость металла ( HRC) возрастает на 2-3 един. по Роквеллу.

Процесс нагрева

Заготовки из стали нагреваются в печах. При нагреве инструмента используется предварительный подогрев отдельных частей с использованием

  • печей с температурой рабочей среды от 400 °С до 500 °С;
  • в специальных соляных ваннах с погружением на 2-4 сек. 2-3 раза.

Обязательно должно соблюдаться условие равномерного прогрева всего изделия. Строго выдерживаться условие одновременного помещения деталей в печь с соблюдением времени нагрева деталей.

Применение защитных мер

В процессе термической обработки происходит постепенное выгорание углерода и образование налета окалины. Для предотвращения ухудшения качества металла и его защиты используются защитные газы, которые закачиваются в ходе процесса закаливания. В печь имеющую герметичную камеру, где происходит термообработка с помощью специального генератора, закачивается газ аммиак или метан.

При отсутствии герметичных печей операции обработки производятся в специальной герметичной таре, куда предварительно засыпается чугунная стружка для предотвращения выгорания углерода.

При обработке заготовок в соляных ваннах металл защищен от окисления, а для создания необходимых условий для сохранения уровня углерода содержание ванной 2-х кратно в течение суток раскисляется борной кислотой, кровяной солью или бурой. При температуре обработки в диапазоне температур 760-1000 °С в качестве раскислителя может использоваться древесный уголь.

Использование специальных охлаждающих жидкостей

В ходе проведения технологического процесса для охлаждения деталей в основном используется вода. Качество охлаждающей жидкости можно изменить, добавив соду или специальные соли, что может повлиять на процесс охлаждения заготовки.

Для сохранения процесса закалки категорически запрещается использовать содержащуюся в нем воду для посторонних операций. Вода должна быть чистой и иметь температуру от 20 до 30 °С. Запрещено использовать для закалки стали проточную воду.

Закалка стали 45

Состав смесей солей и щелочей, применяемых в качестве закалочных сред

Данный способ закалки применяется только для цементированных изделий или имеющих простую форму.

Изделия, имеющие сложную форму, изготовленные из конструкционной специальной стали охлаждаются в 5% растворе каустической соды при температуре 50-60 °С. Операция закалки, проводится в помещении, оснащенном вытяжной вентиляцией. Для закалки заготовок выполненных из высоколегированной стали применяют минеральные масла, причем скорость охлаждения в масленой ванне не зависит от температуры масла. Недопустимо смешивание масла и воды, что может привести к появлению трещин на металле.

При закалке в масляной ванне необходимо выполнять ряд правил:

  1. Остерегаться воспламенения масла.
  2. При охлаждении металла в масле происходит выделение вредоносных газов (обязательно наличие вытяжной вентиляции).
  3. Происходит образование налета на металле.
  4. Масло теряет свои свойства при интенсивном использовании для охлаждения металла.

При проведении процесса закалки стали 45 необходимо соблюдать технологический процесс с соблюдением всех операций.

Отпуск стали 45

Технологический процесс отпуска стали проводится в зависимости от необходимой температуры:

  • в печах с принудительной циркуляцией воздуха;
  • в специальных ваннах с селитровым раствором;
  • в ваннах с маслом;
  • в ваннах заполненных расплавленной щелочью.

Температура для проведения процесса отпуска зависит от марки стали, а сам процесс изменяет структуру и способствует снижению напряжения металла, а твердость снижается на малую величину. После проведения всех операций заготовка подвергается техническому контролю и отправляется заказчику.

При закалке и отпуске металла в домашних условиях необходимо строго соблюдать технологию и технику безопасности проведения работ.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .


Внимание, только СЕГОДНЯ!
Закладка Постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *