Технология закалки и отпуска

Закалка: нагрев до температуры аустенитизации производится со скоростью 1,5 мин на 1 мм расчетного сечения:

ч;

выдержка для выравнивания температуры по всему сечению вала определяется из расчета 1/3 времени нагрева:

τ₂ = 1/3 · 10 ≈ 3,5 ч.

С учетом V_кр принимаем в качестве среды охлаждения при закалке минеральное масло. Время пребывания детали в масле для сечения 400 мм составит 100 мин. Принимаем τ₃ = 2 ч;

Отпуск: выдержка при температуре 300…400⁰ С для сечения менее 600 мм: τ₂ = 2 ч; время нагрева от 350⁰ С до 580…600⁰ С определяем из расчета 70…80 град/час:

ч;

выдержка при температуре отпуска принимается из расчета 2 часа на каждые 100 мм сечения:

ч;

для стали 40Х, как склонной к отпускной хрупкости II рода, принимаем охлаждение с температуры отпуска в масле, время пребывания в масле после отпуска принимаем для сечения 400 мм: τ₄ = 1 ч. Общее время закалки и отпуска:

τ_общ = 15,5 + 14,5 = 30 ч.

На стадии окончательной термической обработки при нагреве доэвтектоидной стали выше Ас₁, а затем и Ас₃ структура, состоящая из феррита и перлита, превращается в аустенит. Процесс этот носит кристаллизационный характер и состоит в зарождении центров γ-фазы с последующим их ростом. Центры образуются на границе раздела «феррит – цементит» на базе фазовых флуктуаций. Образовавшийся аустенит неоднороден по содержанию углерода. Для гомогенизации аустенита необходима выдержка при температуре аустенитизации (но не выше 930⁰ С, после которой начинается интенсивный рост зерна).

При охлаждении аустенита ниже точки М_н, т.е. при низких температурах, когда диффузия невозможна, возникает мартенситное превращение, бездиффузионное, с образованием мартенсита – пересыщенного твердого раствора углерода в α – железе. Мартенсит имеет игольчатую форму кристаллов, высокую твердость и хрупкость, в структуре сохраняется также некоторое количество остаточного аустенита.

При отпуске в диапазоне температур 580…600⁰ С происходит распад остаточного аустенита, выделение из мартенсита углерода и его коагуляция, происходит полное обеднение α – фазы углеродом и ее полная полигонизация. Образовавшаяся в результате улучшения структура называется сорбитом отпуска.

Легирование стали хромом повышает прокаливаемость, поэтому по всему сечению вал-шестерни после улучшения будет структура сорбита отпуска с твердостью 280…300 НВ.

Колесо цилиндрическое из стали 35Л-III

Сталь 35Л-III – углеродистая конструкционная качественная сталь для отливок. Применяется для изготовления деталей машин. Содержит 0,35% С, до 1% Mn, термоулучшаемая, нецементуемая. По качеству литья – III группа, т.е. особо ответственного назначения, содержание S и P ограничено до 0,05% каждого. Сталь доэвтектоидная, в равновесном состоянии структура: перлит + феррит. Литая сталь имеет неоднородную структуру и значительные внутренние напряжения. Микроструктура отливки колеса из стали 35Л-III будет иметь игольчатой формы феррит и грубопластинчатый перлит с крупным зерном (так называемая видманштеттова структура). Литая сталь с такой структурой имеет низкие механические свойства (пластичность и вязкость). Для исправления указанных дефектов литой стали деталь подвергают полному отжигу по режиму, приведенному на рисунке 2.7.

Технология отжига: температура определяется в зависимости от значения Ас₃: t_н = Ас₃ + (40…50)⁰ С = 805+45=850⁰ С;

Посадка в печь может производиться при 400⁰ С еще теплой отливки. Нагрев выполняется медленно, чтобы предотвратить резкие перепады температуры по сечению отливки. Время нагрева определится с учетом скорости 60 град/ч:

Рисунок 2.7 - График технологии отжига литого колеса из стали 35Л-III

ч.

Затем делается остановка при температуре 650⁰С с выдержкой из расчета 1 час на 150 мм сечения: τ₂ = 1 ч (ориентируясь на размер 90 мм). Далее, до температуры аустенитизации нагрев продолжается со скоростью 70...80 град/ч:

ч.

Выдержка при температуре 850⁰ С из расчета 1 ч на 25 мм сечения:

ч.

Затем медленное охлаждение с печью со скоростью 40…50 град/ч:

ч.

По достижении температуры 640…660⁰ С выдержка из расчета 1 ч на 100 мм сечения: τ₆ = 1 час. Охлаждение медленное, со скоростью 15 град/ч до температуры 400⁰ С:

ч.

Затем отливка может быть выгружена на пролет. Общая продолжительность отжига 38 часов.

После отжига грубая литая феррито-перлитная структура, благодаря фазовой перекристаллизации и образованию в процессе нагрева до 850⁰ С аустенита с мелким зерном, преобразуется в мелкозернистую феррито-перлитную структуру с равноосными зернами. Полный отжиг полностью снимает внутренние напряжения и, благодаря мелкой структуре, обеспечивает хорошие механические свойства, твердость до 200 НВ.