Термообработка чугуна и ХТО стали

Термообработка чугуна и ХТО стали

Термообработка чугуна и ХТО стали

1. Термическая обработка чугуна

термическая обработка чугун

В машиностроении в большом количестве применяется литейный чугун различных марок, в том числе легированный хромом, никелем, марганцем и другими элементами.

Легирование позволяет значительно улучшить механические свойства и получить чугун с особыми свойствами (кислотоупорный, немагнитный). Высокую прочность достигают также модифицированием расплава магния с добавками, что дает возможность получить шаровидный графит.

Закалка и отпуск отливок из модифицированного чугуна позволяют получить механические свойства на чугуне, немного уступающие свойствам углеродистой стали. Закалке можно подвергать также серые перлитные чугуны с благоприятной формой графита.

Закалка - это нагрев до температуры аустенизации, выдержка и охлаждение в воде или масле. После закалки назначается отпуск для снятия напряжений и формирования заданной твердости.

Чаще других видов термической обработки для чугунных отливок применяют отжиг. Отжиг - это нагрев отливки до определенной температуры (часто выше критической), выдержка и охлаждение вместе с печью.

Применяя отжиг, можно:

устранить внутренние напряжения в отливках с целью предохранения от коробления и растрескивания;

устранить отбел (зона с цементитом под литейной коркой) с целью снижения твердости и улучшения обрабатываемости на режущих станках;

изменить структуру металлической основы чугуна для понижения твердости и улучшения обрабатываемости;

получить ковкий чугун путем полной или частичной графитизации и окисления углерода в белом чугуне.

С помощью термической обработки для получения ковкого чугуна можно изменять структуру металлической основы, количество и характер графитовых включений. При отжиге связанный углерод в цементите белого чугуна полностью графитизируется (ферритный ковкий чугун) или частично окисляется, частично графитизируется и остается в перлите (перлитный ковкий чугун) (рисунок 1.1).

а - отжиг на перлитную основу;

б - отжиг на ферритно-перлитную основу;

в - отжиг на ферритную основу.

Рисунок 1.1 - График термической обработки для получения ковкого чугуна

В связи с тем, что отжиг обычный представляет собой очень длительный процесс, с целью экономии времени назначают иногда изотермический отжиг.

2. МИКРОСТРУКТУРА И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ ПОСЛЕ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

.1 Цементация

Цементация - это диффузионное насыщение поверхности детали углеродом с целью повышения твердости, износостойкости, контактной прочности, усталостной прочности.

Этот процесс проводится при температурах выше точки АС3 (930 - 950 оС), когда аустенит устойчив и растворяет углерод в больших количествах. В качестве карбюризатора применяются природный газ, керосин, пиробензол, древесный уголь и другие богатые углеродом вещества. Детали изготавливают из качественных низкоуглеродистых (£ 0,25 % С) или низкоуглеродистых легированных сталей, которые не закаливаются, чтобы сердцевина оставалась вязкой.

Время выдержки зависит от того, какой глубины слой необходимо получить. В обычных камерных или шахтных печах образуется за один час приблизительно 0,1 мм слоя.

Оптимальное содержание углерода на поверхности после процесса - 0,8-1,0 % во избежание хрупкости из-за цементита вторичного.

Диаграмма «Fe - Fe3C» и график изменения твердости по глубине (после закалки) представлены на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Зависимость твердости от содержания углерода по глубине цементованного слоя

Закалка назначается неполная, и затем - низкий отпуск. В легированных сталях сердцевина частично подкаливается, но HRС ее в два раза ниже по сравнению с поверхностью.

.2 Азотирование

Азотирование заключается в насыщении поверхности деталей азотом в среде диссоциированного аммиака при температурах от 500 до 1200 оС. Чаще применяют низкотемпературное азотирование, так как при этом меньше вероятность деформации. В результате азотирования сталь приобретает на поверхности высокую твердость, не изменяющуюся при нагреве до 450 оС, низкую склонность к задирам, износостойкость и коррозионную стойкость. Азотировать можно любые стали и многие сплавы.

Первоначально при небольших выдержках на поверхности образуется азотистый феррит (a-фаза с 0,11 % N) и повышается только коррозионная стойкость; при азотировании легированных сталей образуется a-фаза, g-фаза - твердый раствор на основе нитрида Fe и N, e-фаза - твердый раствор азота в нитриде Fe2N с ромбической решеткой и HV = 11000 - 12000 МПа при выдержке 30 - 36 часов на поверхности - сплошной слой нитридов.

Обычно азотируют среднеуглеродистые легированные стали (38ХМЮА, 40ХНМ и др.). Детали перед этим подвергают улучшению.

Диаграмма состояния «Fe - N» и изменение содержания азота по толщине слоя показаны на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Диаграмма «Fe - N» и распределение азота по толщине слоя

Литература

1.         Тушинский, Л.И. Методы исследования материалов/ Л.И. Тушинский, А.В. Плохов, А.О. Токарев, В.Н. Синдеев. - М.: Мир, 2004. - 380 с.

2.       Лахтин, Ю.М. Материаловедение/ Ю.М. Лахтин. - М.: Металлургия, 1993. - 448 с.

.        Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов/ Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман и др. - М.: Высшая школа, 2001. - 622 с.

.        Маркова, Н.Н. Железоуглеродистые сплавы/ Н.Н. Маркова. - Орел: ОрелГТУ, 2006. - 96 с.

.        Ильина, Л.В. Материалы, применяемые в машиностроении: справочное пособие/ Л.В. Ильина, Л.Н. Курдюмова. - Орел: ОрелГТУ, 2007.