Термическая обработка чугунных и стальных отливок

Термическую обработку проводят для снятия напряжений, графитизации, повышения твердости и прочности, стабилизации структуры и обезуглероживания.

Часто в процессе одной термической обработки совмещают различные цели. Например, при проведении графитизизирующего отжига снимаются напряжения.

Термическая обработка чугуна по характеру нагрева отливок может быть объемной или поверхностной, по температуре нагрева высоко- или низкотемпературной.

Существуют следующие виды термических обработок.

1. Снятие напряжений заключается в нагреве до определенных температур в зависимости от типа чугуна:

- СЧПГ 500-570 °С;

- ВЧШГ 550-650 °С;

- низколигированный 570-600 °С;

- высоколигированный 600-650 °С.

Время выдержки зависит от массы отливки, толщины стенок, их конфигурации и составляет от 1 до 10 ч.

Раньше снятие напряжений проводили на воздухе, в течение нескольких месяцев (вылеживание). В результате цементит перлита распадается при комнатной температуре на феррито-графитную смесь.

2. Графитизирующицй отжиг.

3. Сфероидизирующий отжиг, применяется для отливок ответственного назначения из КЧ и ВЧ, для повышения прочности и пластичности, за счет образования зернистого П. Заключается в нагреве до Т=730-750, выдержка несколько часов и охлаждение на воздухе.

Рисунок 31 – Сфероидизирующий отжиг ковких и высокопрочных чугунов

Химический состав чугуна должен быть таким, чтобы в процессе сфероидизирующего отжига была устранена возможность образования феррита. Для этого повышают содержание в чугуне Mn, Cr и других антиграфитизирующих элементов.

4. Обезуглероживающий отжиг. Проводят для удаления части углерода с поверхности зон отливок, для получения ПБКЧ. Производят в окислительной атмосфере (в коробах из нержавеющей стали отливки послойно укладывают с окалиной).

5. Отжиг для стальных отливок. Заключается в нагреве, выдержке и медленном охлаждении вместе с печью. В результате происходит укрупнение зерна. снятие напряжений. Производятся в основном для отливок из углеродистых сталей, с целью улучшения обрабатываемости.

6. Нормализация – нагрев выше температуры Ас₃, выдержка и охлаждение на воздухе.

7. Закалка – нагрев выше температуры Ас₃, выдержка и охлаждение в воде или масле.

а б

в

а – отжиг; б – нормализация; в – закалка с отпуском

Рисунок 32 – Различные режимы термической обработки

В результате нормализации и закалки измельчается зерно, повышается прочность, твердость, износостойкость, коррозионая стойкость (для высоколигированных хромистых и хромо-никелевых сталей), но снижается пластичность и повышаются внутренние напряжения, следовательно снижается ударная вязкость. Поэтому после нормализации или закалки производят отпуск. В зависимости от химического состава, массы и конфигурации отливок отпуск бывает: высоко, средне, низкотемпературный.

В результате снижаются напряжения, повышается пластичность и ударная вязкость.

8. Химикотермическая обработка - заключается в высокотемпературном насыщении поверхностного рабочего слоя, за счет диффузии каким-либо элементом. По названию которого называется вид ХТО (цементация, азотирование, алитирование, хромирование и др.). Глубина насыщаемого слоя составляет от нескольких микрометров до десятков мм. В результате повышается твердость, износостойкость, коррозионная стойкость, антифрикционные свойства. Иногда производят комплексную ХТО – насыщение двумя и более элементами (нитроцементация).

Очень эффективно борирование, т.к. карбид бора уступает по твердости только алмазу).

Раздел 5. Стальное литьё

Углеродистые стали

Для получения отливок используются углеродистые стали, содержащие 0,12-0,60% С. Они маркируются числом, обозначающим среднее содержание углерода (в сотых долях процента) и буквой Л (таблица 8). Литейные стали отличаются от деформируемых большим допуском на содержание примесей, а также меньшей пластичностью.

В зависимости от назначения и предъявляемых требований все отливки из углеродистых и легированных сталей подразделяют на три группы:

1 – отливки общего назначения, контролируемые по внешнему виду, размерам и химическому составу;

2 – отливки ответственного назначения, контролируемые, кроме того, по прочности (σ_в или σ_т) и относительному удлинению;

3 – отливки особо ответственного назначения, контролируемые дополнительно к указанным характеристикам по ударной вязкости. В число контролируемых параметров могут включаться также микроструктура, пористость, герметичность и другие специальные характеристики.

Содержание углерода определяет марку стали и ее основные свойства.

Марганец (0,3–0,9%) раскисляет сталь и нейтрализует вредные примеси серы, а также несколько повышает прочность стали. С железом сера образует сульфид FeS и легкоплавкую эвтектику Fe–FeS, выделяющуюся по границам зерен, в результате чего возникает красноломкость и склонность к образованию горячих трещин. При введении марганца в соотношении %Мn ≥ 1,71% S образуются более тугоплавкие сульфиды MnS, располагающиеся в виде неметаллических включений внутри зерна; в результате красноломкость исчезает.

Кремний (0,2–0,5%) вводится в сталь как раскислитель. Даже в небольших количествах он заметно упрочняет феррит и снижает пластичность стали.

Сера и фосфор в сталях являются вредными примесями. Их содержание должно быть не более 0,045% S и 0,04% Р в зависимости от группы и габаритных размеров отливок; с увеличением размеров требования ужесточаются.