Контроль качества термической обработки металлов
Коротин И.М.
Высшая школа, 1980 г.
§ 4. Термическая обработка легированных сталей
Хром, никель, вольфрам, титан и другие легирующие элементы оказывают влияние на скорость диффузионных процессов, протекающих в сталях при нагреве и охлаждении. Поэтому режимы термической обработки легированных сталей отличаются от режимов обработки углеродистых сталей. Эти различия заключаются в выборе температуры и скорости нагрева, времени выдержки при этих температурах и в способе охлаждения. Объясняется это тем, что теплопроводность легированной стали значительно меньше углеродистой.
Все легирующие элементы принято разделять на две группы: элементы, повышающие (хром, вольфрам, ванадий, титан и др.) и понижающие (никель, марганец и др.) критические точки. Стали, содержащие вольфрам, ванадий, титан, хром и другие элементы, при нагреве под закалку практически не склонны к перегреву и к росту зерен аустенита, поэтому основные операции термической обработки: отжиг, нормализацию и закалку таких сталей осуществляют при более повышенных температурах, чем углеродистых.
Закалку легированных сталей производят только в масле. Характерной особенностью этих сталей является большая глубина прокаливаемости.
Быстрорежущую сталь Р18 закаливают при высокой температуре 1260—1300 °С, для нержавеющих сталей 4X13 температура закалки 1050—1100 °С. Нагрев быстрорежущей и нержавеющей сталей под закалку производят в соляных ваннах ступенчато; сначала ведут на« грев при температуре 550—650 °С, затем инструмент (или деталь) переносят во вторую ванну, имеющую температуру 820—850 °С, и окончательный нагрев до закалочной температуры производят в третьей ванне.
После закалки в структуре быстрорежущей стали Р18 содержится до 30—50% аустенита, твердость такой стали составляет HRC58—60. Для полного превращения остаточного аустенита в мартенсит и повышения твердости производят трехкратный отпуск при температуре 560—580°С с выдержкой при каждом нагреве до 90 мин. Полученная структура закаленной и отпущенной стали Р18 состоит из мартенсита, первичных карбидов В небольшого количества остаточного аустенит. Твердость быстрорежущей стали Р18 составляет HRC63—65.
§ 5. Термическая обработка чугуна
Отжиг. Для снятия внутренних напряжений и обеспечения постоянства размеров и формы отливок применяют стабилизирующий отжиг. В зависимости от марки чугуна, из которого изготовлена отливка, такой отжиг производят по следующим режимам. Отливки из серого чугуна СЧ 18—36 нагревают до температуры 500—700°С со скоростью 70—100 град/ч, выдерживают при этой температуре определенное время (100—110) мин на каждые 25 мм толщины стенки отливок) и медленно охлаждают вместе с печью до 200—220°С со скоростью 30—60 град/ч. Отливки из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом ВЧ 60—2 отжигают при температуре 550—650°С. В результате такого отжига структурных превращений в чугуне не происходит, твердость его практически не снижается, но внутренние) напряжения снимаются полностью. I
Для уменьшения твердости, повышения пластичности и улучшения обрабатываемости чугунных отливок режущим инструментом применяют смягчающий отжиг. Его проводят при температуре 680—720°С и выдержке 30—120 мин. При отпуске происходит распад
эвтектоидного графита и образование ферритной структуры.
Графитизирующий отжиг проводят при температуре 850—1050°С и медленном охлаждении вместе печью. В результате такого отжига происходит распад свободного и частично эвтектоидного цементита. Этот отжиг применяют для снижения твердости и улучшения обрабатываемости отливок режущим инструментом.
Нормализация чугуна. Ее применяют для повышения твердости, прочности, износостойкости отливок. Отливки из серого чугуна нагревают до 900—1000°С, издерживают при этой температуре 90—120 мин для насыщения аустенита углеродом и охлаждают на спокойном воздухе. В результате вместо исходной ферритной или ферритно-перлитной структуры образуется структура перлита или сорбитообразного перлита.
Закалка и отпуск. Операции закалки и отпуска чугуна применяют для повышения твердости, увеличения прочности и износостойкости чугунных отливок. Применяют два вида закалки: объемную и поверхностную.
Объемную закалку отливок из серого чугуна производят при температуре 850—900°С с последующим охлаждением в воде или масле. Время выдержки составляет от 30 до 180 ч. После отпуска при 200—500°С максимальная твердость серого чугуна составляет HRC55—60.
Поверхностную закалку применяют для упрочнения направляющих станин металлорежущих станков и другого оборудования. Нагрев под закалку производят газовым пламенем или токами высокой частоты.
I
§ 6. Термическая обработка цветных сплавов I
К сплавам цветных металлов, подвергаемых термической обработке, относят латунь, бронзу, алюминиевые, магниевые и титановые сплавы. I
Латунь. Латунь — сплав меди с цинком. Латунь обладает высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Она выпускается в виде листов, полос, ленты и проволоки. Маркируют латунь буквой Л, за которойставят цифры, указывающие на содержание меди. Ha пример, латунь марки Л80 состоит из 80% меди и 20% цинка. Если латунь содержит 1% свинца, то ее называют специальной и обозначают, например, ЛС59-1. Такая латунь состоит из 59% меди, 40% цинка и 1% свинца.
Латунь, содержащая цинка не менее 39%, имеет однофазную структуру твердого раствора и называется а-латунью. Если в латунь вводится больше цинка, то образуется двухфазная ) структура. В однофазных латунях структурных превращений не происходит поэтому их подвергают только рекристаллизационному отжигу при 600—700°С для повышения пластичности.
Бронза. Бронза —сплав меди с оловом, свинцом, алюминием и другими элементами. Она обладает высокими литейными свойствами и небольшим коэффициен-1ом трения. Бронзу применяют в основном для изготовления втулок и подшипников скольжения. Бронзы делят на оловянные и безоловянные. Большинство оловянных бронз подвергают только рекристаллизационному отжигу. Безоловянные бронзы, например бронзу марки БрАЖН10-4-4, закаливают вводе при 920°С и отпускают при 560°С. Наибольший эффект дает термическая обработка бериллиевой бронзы марки БрБ2.
Алюминиевые сплавы. Алюминиевые сплавы — это сплавы на основе алюминия с добавлением меди, цинка, магния, кремния и других элементов. Такие сплавы разделяют на деформируемые и литейные.
К деформируемым сплавам относят сплавы АК4, AK6, АК8, Д16 (дюралюминий) и др. Их подвергают термическому упрочнению: закалке, старению и отжигу. Режим термической обработки выбирают в зависимости от типа сплавов. Так, сплав АК.8, состоящий из 0,4— 0,8% магния, 0,6—1,2% кремния, 0,4—1,0% марганца, 3,9—4,8% меди, подвергают закалке при температуре 195—505°С и старению при 150—165°С продолжительностью от 6 до 15 ч.
Литейные алюминиевые сплавы марки АЛ2, АЛ4, АЛ9 подвергают искусственному старению без предварительной закалки для повышения твердости.