Термическая обработка в машиностроении: Справочник

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Термическая обработка в машиностроении: Справочник

температуропроводности аустенита а=Х/Ср7 благодаря одновременному изменению характеристик при легировании в интервале 400—500° С равен 0,044 см/с [1].
...
Условием сквозной закалки является равенство реальной и критической скорости закалки в середине закаливаемого тела. Для решения этой задачи необходимо предложить простые способы расчета характеристик.
...
Скорость охлаждения тел простой формы в центре (шар) или по осевой линии (цилиндр, параллелепипед) определяется с помощью номограммы, построенной с использованием уравнения (6). Логарифмирование этого уравнения показывает, что:
...
Построенная номограмма приведена на рис. 5. Ключ для ее использования показан на рис. 6. Для определения скорости охлаждения и для тела заданной формы и определенного размера находим точку О на соответствующей шкале внизу номограммы. От точки О поднимаемся вертикально до прямой, соответствующей дайкой среде охлаждения, в данном случае до точки а. В точке Ь находим искомую величину скорости охлаждения.
...
На рис. 5 показано, что, при прочих равных условиях, скорость охлаждения определяется также исходной температурой нагрева. Для того чтобы учесть влияние этого фактора, расчет проводится следующим образом. Из точки О, определяемой формой и размером охлаждаемого тела, проводим вертикаль до точки а на прямой для данной охлаждающей среды, а затем из точки а — горизонталь направо до пересечения с кривой влияния температуры при стандартной температуре 875° С (точка с). Из точки с в случае, если действительная температура ниже 875° С, опускаемся до точки с1. Скорость охлаждения в этом случае определяют путем снесения точки с1
...
В настоящее время в качестве охлаждающих сред применяют различные жидкости: водные растворы, расплавленные металлы, синтетические вещества (см. п. 5). Для использования номограммы рис. 5 для любой новой охлаждающей среды следует провести следующий несложный эксперимент. Из любой стали изготовляют три шара, различающиеся размерами (диаметром): 1) 5—10 мм; 2) 20— 30 мм; 3) 80—100 мм. В шарах просверливаются отверстия до центра и после нагрева до 875° С с помощью термопар снимаются кривые охлаждения в данной среде. После определения по кривым охлаждения скорости в интервале 700— 500° С, полученные точки наносятся на поле номограммы (величина 1п V
...
Таким образом определяется наименьшая скорость охлаждения тела простой формы. Для полного решения задачи необходимо определить критическую скорость закалки для данной стали. Для этой цели нужно в стандартных условиях (по ГОСТ 5657—69) на образце из данной стали провести торцовую пробу на про-каливаемость и определить расстояние полумартснситной зоны от торца (подробно см, [1 ]). Для определения критической скорости закалки используется диаграмма рис. 7. Если расстояние й полумартенситной зоны от торца 2,5 мм — критическая скорость закалки равна 600" С/с; для 5 мм — 250° С/с; для 10 мм— 90° С/с и т. д.
...
Используя диаграмму (рис. 7) и номограмму (рис. 5), можно с достаточно высокой точностью определить критический диаметр прокаливаемости для любой охлаждающей среды. Пусть критическая скорость закалки равна 40° С/с. Для определения критического диаметра из условия равенства реальной скорости
...
Рис. 5. Номограмма для определения спорости охлаждения
...
охлаждения в сердцевине и критической скорости закалки на -ходим на левой оси скоростей точку, соответствующую 40е С/с. Передвижение по горизонтали до пересечения со шкалой «воздух» и последующий спуск по вертикали до шкалы «шар» показывают, что шар из данной стали для сквозной закалки на воздухе должен иметь диаметр 2,5 мм; при охлаждении в растительном масле критический диаметр увеличивается до 13—
...
Охлаждение осесимметричных тел (цилиндра, параллелепипеда) показывает, что критический диаметр для цилиндра или стороны квадрата для параллелепипеда, при прочих равных условиях, определяется соотношением длины к параметру сечения. Так, например, для стали с критической скоростью закалки
...
Рис. 12. Распределение скоростей охлаждения по сечению цилиндра (рассчитано по данным рис. 10 и И)
...
При наличии для данной стали одновременно термокинетических диаграмм и кривых распределения твердости по длине образца для торцовой пробы на прокаливаемость может быть определено не только распределение скоростей по сечению тел сложной формы, но и распределение структур. Схематически эта функциональная зависимость показана на рис. 13.
...
Необходимые данные могут быть получены из атласа по изотермическим и термокинетическим диаграммам,составленного А. А. Поповым и Л. Е. Поповой.
...
Рис. 13. Количественная связь между данными термокинетической диаграммы (I) и результатами торцовой пробы на прокаливаемость
...
Следует обратить особое внимание на интенсивность мартенситиого превращения при закалке. Хорошо известно, что Кинетика мартенситиого превращения в стали определяется температурой охлаждения. Скорость мартенситиого превращения в стали весьма слабо зависит от скорости охлаждения. Однако скорость охлаждения в мартенситной интервале существенно влияет на механические свойства закаленной неотпущенной стали.
...
На рис. 14 показано, что увеличение скорости охлаждения от 2 до 12 и 40° С/с приводит к понижению временного сопротивления закаленной стали У10 от 120 до 102 и 63 кгс/мм2 соответственно. Такое существенное снижение временного сопротивления закаленной стали с уменьшением времени протекания мартенситиого превращения, т. е. времени пребывания в интервале 200° С — конечная температура, связано, по-видимому, с затруднением протекания релаксационных процессов (в данном случае процесса низкотемпературного отпуска высокоуглеродистого мартенсита). Следовательно, при закалке следует стремиться к замедленному охлаждению в области мартенситиого превращения. В тех случаях, когда при закалке применяется интенсивное охлаждение водяным душем или потоком (например, при индукционной закалке), следует считать обязательной операцию самоотпуска или низкого отпуска (при 150—200° С), который полностью восстанавливает уровень прочности стали, сниженный в результате интенсивного охлаждения [7].
...
Значительный интерес представляет и сопоставление кривых температурной зависимости скоростей охлаждения при закалке в воде н масле. На рис. 15 показано изменение скорости охлаждения при закалке стали в воде и масле. Скорость охлаждения в воде имеет максимальное значение (—750° С/с) прн температуре 250—300° С. Охлаждение в масле дает максимум скорости при 450° С (~-200 С/с). В опасном интервале температур мартенситиого превращения при 200° С скорость охлаждения в воде более чем в 25 раз превышает скорость охлаждения в масле, что в соответствии с данными рис. 14 может привести к снижению прочности закаленной стали. При выборе закалочных сред следует учитывать эти явления. Принимая во внимание, что прокаливаемость обусловливается большой скоростью охлаждения в районе перлитного превращения (650—550° С), в ряде работ предлагается использовать для характеристики качества закалочных сред скорость при этих температурах и при температурах мартенситиого превращения 300—200° С (табл. 3 к 4).
...
На скорость охлаждения при закалке существенное влияние оказывают условия нагрева, приводящие к изменению состояния поверхности образцов (табл. 5).
...
Охлаждающие среды для закалки могут быть разделены в зависимости от состава и свойств охлаждающего вещества на несколько групп.
...
Рис. 14. Зависимость временного сопротивления закаленной стали У10 от скорости охлаждения в мартенситном интервале_
...
температуры воды приводит к снижению коэффициента закаливающей способ, ности. Кроме того, все добавки, за исключением фосфорной кислоты, водомасля1-ной эмульсии и мыльной воды, увеличивает этот коэффициент.
...
Широкое применение водных растворов солей и щелочей в практике термической обработки объясняется повышением скорости охлаждения в перлитном интервале температур, что увеличивает прокаливаемость стали. В то же время интенсивность охлаждения в опасной области мартенситиого превращения практически сохраняется.
...
Масла. Эта группа охлаждающих сред характеризуется пониженной по сравнению с водой и водными растворами скоростью охлаждения в интервале температур мартенситиого превращения и применяется для сталей с пониженной критической скоростью закалки, т. е. при термической обработке легированной стали или малогабаритных изделий из углеродистой стали. Перечень применяемых масел приведен ниже.
...
Охлаждающая способность закалочных масел определяется их вязкостью, поэтому повышение температуры масла до определенного предела увеличивает интенсивность охлаждения. Так, например, наилучшая охлаждающая способность индустриальных масел И-12Л и И-20А соответствует их нагреву в интервале 40—80° С.
...
Особенность масла как закалочной среды заключается в ухудшении его свойств в процессе эксплуатации. Это связано с окислением масла при контакте с нагретой поверхностью изделия, с взаимодействием с окислами металла и т. д. Для восстановления закалочных характеристик масло специально обрабатывают или освежают путем добавки свежего масла.
...
Применение контролируемых атмосфер обеспечивает получение хорошего качества поверхности нагретого изделия. Минеральные масла (индустриальные И-12А, И-20А и т. д.) могут обеспечить светлую поверхность только в том случае, если температура масла не превышает 60—70° С. Для получения устойчивых результатов для светлой закалки рекомендуется применять авиационное масло МС-20 или смесь авиационного и вазелинового масел (1 : 1).
...
В качестве закалочных сред применяют следующие масла: индустриальное И-5А, И-12А, И-20А, И-ЗОА, И-40А, И-50А, соляровое, цилиндровое легкое 24 (вискозин) и тяжелое 52 (вапор), трансформаторное, сурепное, авиациснноеМС-20.
...
Для повышения качества закалочных масел (увеличение стойкости против окисления и повышения интенсивности охлаждения) к ним добавляют присадки — ингибиторы. В качестве ингибиторов применяют 0,01—0,1% амидофенола, специальные присадки ЦИАТИМ-330, 331 и др.
...
Водные растворы н масла являются наиболее распространенными охлаждающими средами прн закалке. Значительный интерес представляет сопоставление характеристик охлаждающей способности двух групп закалочных сред. В табл. 9 сопоставлены средние скорости охлаждения воды и масла в различных интервалах температур. Как следует из рассмотрения, прокаливаемость, определяемая скоростью охлаждения, значительно больше в воде (700—500° С). В то же время значительное замедление в районе мартенситиого превращения (300— 150° С) показывает преимущество закалки в масле. Интенсивность охлаждения определяется помимо физических свойств охладителя интенсивностью движения охлаждающей среды. Из данных табл. 10 следует, что переход от спокойного к бурному движению увеличивает интенсивность охлаждения в воде и масле примерно в 4 раза.
...
Получение высокого комплекса механических свойств определяется температурой конца охлаждения в закалочной среде с тем, чтобы после выдачи изделия на воздух мартенситное превращение протекало в условиях замедленного охлаждения. Другой технологической характеристикой в этом случае может служить продолжительность охлаждения в закалочных средах, зависящая от сечения крупных изделий (табл. 11).
...
Расплавы солей и щелочей. Эти расплавы применяют для осуществления закалки в горячих средах и достаточно широко используют при термической обработке деталей машин и инструмента. В ряде случаев применение этих сред позво-
...
Таблица 13. Влияние охлаждающей среды на поверхность закаливаемых изделий при нагреве в соляных ваииах (по данным завода «Фрезер»)
...
Рис. 16. Зависимость охлаждающей способности водовоздуш-ной смеси от расхода воды (а) и давления воздуха (б)
...
Синтетические закалочные среды. В последние годы применяется особый класс охлаждающих сред. Специальные присадки позволяют изменять охлаждающие свойства воды в широком диапазоне. К
...
Впервые специальная присадка была использована для создания закалочного средства аква-пласт, которое позволяет получить интенсивности охлаждения, средние между водой и маслом (1968 г., ГДР). Эга присадка содержит вместе с растворимой пластмассой антикоррозионную добавку; обычная концентрация в воде 0,6%. Применение анва-пласта устраняет трещннообразование.
...
Для закалки сложных деталей крупных размеров рекомендуется закалочная жидкость исоп-А на основе гликолыюлналкенов. Детали после термической обработки характеризуются высокой стабильностью размеров и свойств.
...
В качестве закалочной жидкости рекомендуется также водный раствор поливинилового спирта (15,28%) с антиадгезионной добавкой (0,4%), противо-пенной добавкой (0,4%); остальное — вода. Применение этой жидкости позволяет получить полезное сочетание скоростей охлаждения; высокую в перлитной области с малой в области мартенситиого превращения.
...
Применение синтетических, растворимых в воде присадок для создания новых охлаждающих сред при закалке — новое и перспективное направление развития технологии термической обработки стали и сплавоз.
...
Охлаждение в быстродаижущемся потоке воды. В последнее время получает распространение при индукционной закалке интенсивное охлаждение быстродви-жущимся потоком воды ¡7].
...
При этом способе охлаждения закаливаемая деталь помещается в закрытую камеру, в которой она омывается потоком воды, движущимся с большой скоростью (15—30 м/с). При этом в камере создается избыточное давление (1—2 кгс/см2).
...
Рис. 16. Зависимость охлаждающей способности водовоздуш-ной смеси от расхода воды (а) и давления воздуха
...
Выполненные исследования и производственный опыт показывают, что при соблюдении определенных условий и применении соответствующих конструкций закалочных устройств этот способ охлаждения может с успехом применяться для углеродистых и легированных, доэвтектоидных и заэвтектсидных сталей, обеспечивая отсутствие закалочных трещин, а также после низкотемпературного самоотпуска или отпуска высокие прочностные свойства изделий.
...
Особенности этого способа охлаждения при закалке и оптимальные условия для его применения рассмотрены в монографии [7] и гл. 10 настоящего справочника.
...
В заключение раздела, посвященного охлаждающим средам, следует подчеркнуть, что для получения полных характеристик интенсивности охлаждения данной среды следует провести несложный эксперимент на образцах одной формы, но трех размеров. На основании полученных данных нанести прямую, характеризующую интенсивность охлаждения на поле номограммы для определения прокаливаемое™ (см. п. 3). Вслед затем номограмма может быть использована для расчетов прокаливаемое™ в новой закаливающей среде.
...
Предварительной термической обработкой (ПТО) следует называть такую обработку, которая предназначена для решения задачи улучшения технологических свойств металла или технологичности, что важно для изготовления деталей, или (и) улучшения механических свойств готовых изделий, которые не могут быть достигнуты только в результате одной окончательной термической обработки.
...
Технологические задачи, которые решаются методами предварительной обработки, — это подготовка или получение такой структуры, которая обеспечивает лучшую обрабатываемость резанием или пластическим деформированием, уменьшение коробления и ускорение процессов диффузии при окончательной термической обработке.
...
Для реализации задачи улучшения свойств после окончательной обработки методами предварительной термической обработки можно использовать три основных направления. Во-первых, обработка, связанная с воздействием на микроструктуру матрицы; во-вторых, с созданием определенной субструктуры с тем, чтобы ее элементы сохранились и при последующей фазовой перекристаллизации; в-третьнх, с воздействием на избыточные фазы, главным образом труднорастворимые частицы, не претерпевающие существенных изменений при повторных более низкотемпературных нагревах. Таким образом, создание технологических процессов предварительной термической обработки, одновременно улучшающей свойства готовых изделий и облегчающей условия их изготовления в производстве, является важной инженерной задачей в машиностроении, решению которой может способствовать знание научных основ ПТО.
...
Целесообразно классифицировать ПТО по ее основному иазиачению, хотя, как и при всяком формальном определении, все же остаются некоторые сложные случаи, когда одновременно реализуется несколько задач и целей ПТО и методов воздействия иа структуру.
...
Классификация предварительной термической обработки по назначению представлена на рис. 1, а практическая реализация процессов ПТО рассматривается ниже. 1 88
...
Технологические задачи ПТО в массовом машиностроении включают улучшение обрабатываемости при резании или при холодной деформации методом листовой или объемной штамповки, устранение дефектов, возникших в результате огневой зачистки, электрофизической или лазерной обработок, снятие внутренних напряжений в целях повышения точности готовых изделий и пр.
...
В отраслях машиностроения с единичным или мелкосерийным производством следует еще дополнительно указать на использование термической обработки для предупреждения образования флокепов в крупных поковках, для гомогенизации химического состава деталей, особенно для изготовляемых из нескольких плавок, когда масса изделия >100 т. Особо следует отметить значение промежуточной термической обработки спеченных материалов из металлических порошков при изготовлении деталей двойным горячим прессованием или при последующей газостатической или гидростатической обработках. Предварительной подготовкой структуры или субструктуры можно ускорить или замедлить диффузионные процессы насыщения стали при химико-термической обработке, например углеродом, азотом и др.
...
По трудоемкости изготовления автомобильных деталей ~45% приходится на операции обработки резанием и холодным выдавливанием. Приблизительно таксе же соотношение сохраняется и в других отраслях машиностроения. Поэтому проблема улучшения обрабатываемости металлов имеет решающее значение для увеличения производительности труда, особенно в условиях крупносерийного и массового производства.
...
Обрабатываемость материалов является комплексным понятием, характеризующимся силой и скоростью резания, качеством обработанной поверхности, видом образующейся стружки и др. Все эти факторы зависят от свойств обрабатываемого материала, а следовательно, и от его структуры.
...
При выбранных условиях резания и типе инструмента соотношение между процессами наклепа и возврата свойств определяется также исходной структурой обрабатываемых металлов, созданной при предварительной термической обработке, ее устойчивостью, способностью претерпевать фазовые превращения непосредственно в процессе обработки резанием.
...
Как указано в [31 ], микроструктура является основным фактором, влияющим на обрабатываемость. Можно подбирать новые инструменты, смазывающие и охлаждающие жидкости, однако правильно подобранный режим термообработки с получением требуемой структуры гораздо важнее экспериментов с режимами механической обработки.
...
Приведем только один пример. Конические муфты и чашки дифференциала заднего моста современных автомобилей часто изготовляют из ковкого чугуна. С целью улучшения его обрабатываемости обычно назначают максимально допустимую твердость, обеспечение которой достигается отжигом или отпуском. Вместе с тем при практически одинаковом уровне твердости структура чугуна может быть различной. Ферритная или перлитная структура металлической матрицы с грубыми карбидными частицами приводит к быстрому изнашиванию инструмента. Значительное количество феррита снижает износостойкость инструмента прн работе и повышает склонность к налипанию. Чисто перлитная структура снижает обрабатываемость прн резании, а грубые выделения графита способствуют быстрому выкрашиванию и ускорению износа. В этом случае оптимальные свойства должны быть регламентированы только структурными параметрами (шкала балльности): формой и размерами графита, величиной карбидов и допустимым количеством феррита. Современная количественная телевизионная микроскопия позволяет с высокой степенью надежности определить все названные параметры.
...
Оценка обрабатываемости 1 по твердости, пределу текучести или пределу прочности с достаточной надежностью возможна только для чистых металлов или однофазных сплавов, или для ориентировочной оценки обрабатываемости многофазных сплавов при резко различном уровне их прочности, например стали после отжига и закалки.
...
Поведение сплава, состоящего из двух пластичных фаз, можно оценить приближенно, если допустить (или установить экспериментально), что деформация достаточно постоянна в рассматриваемом объеме в пределах каждой фазы. Хотя напряжение, действующее в каждой фазе при нагружении (о,, а..), различно, среднее значение о можно определить в зависимости от объемных долей (/ь /2) этих фаз по формуле
...
случае контролируемой степени деформации (при штамповке) для заданного напряжения о можно по деформациям каждой фазы (еь е2) оценить среднюю деформацию данного сплава по аналогичной зависимости
...
Следует, однако, иметь в виду, что использование допущения об однородности деформации весьма ограничено. В частности, Р. Хоннкомб [25] показал, что при деформации двухфазной латуни, состоящей из 60% а-фазы и 40% Р
...
При оценке уровня обрабатываемости по свойствам пластичности (штампуе-, мости) это ограничение еш£_более важно. Оно допустимо только для близких значений пластичности обеих фаз, так как в противном случае возможен разрыв
...
Для двухфазных сплавов с резко различными свойствами фаз, например, хрупкого цементита и пластичного феррита в сталях, оценку обрабатываемости по механическим свойствам можно проводить в том случае, когда установлена однозначная корреляция между структурными параметрами и интегральными свойствами сплава. На рис. 2 приведена зависимость предела текучести стали от логарифма среднего расстояния между частицами цементита [33]. Эта линейная зависимость сохраняется для зернистого и для пластинчатого цементита, но при средней протяженности феррита, отвечающей содержанию >0,3% С.
...
Сравнительный анализ, проведенный Батлером [2] для перлитной сфероиди-зированной стали методами механики сплошных сред, показал, что твердые частицы, входящие в перлитные колонии и имеющие размеры порядка 1
...
Стремление подвергать изотермическому отжигу цементуемые конструкционные стали 18ХГТ, 25ХГТ, 25ХГМ, 12Х2Н4А и пр. не всегда оправдано, особенно для изделий сечением >50 мм.
...
Рис. 3. Зависимость стойкости резцов от скорости резания при продолжительном точении образцов стали 25ХГМ (а) и 25ХГНЛ1 (б):
...
пластинчатого перлита. При оценке обрабатываемости штампованных заготовок и образцов по испытаниям на стойкость резцов из стали Р18 (критерий затупления —- износ.по Задней грани до 0,4
...
Рис. 3. Зависимость стойкости резцов от скорости резания при продолжительном точении образцов стали 25ХГМ (а) и 25ХГНЛ1
...
Рнс. 4. Схемы режимов (I —VI) предварительной обработки для исследования шероховатости поверхностей резания
...
Рис, 5. Влияние режимов предварительной обработки на величину шероховатости стали 40 (схемы режимов представлены на рис. 4)
...
Сказанное относится к достаточно однородным ферритно-перлитным структурам. В тех случаях, когда в результате неправильно подобранных | сжимов охлаждения или при одновременной обработке различных по размерам деталей по усредненному режиму охлаждения заготовок возможно выделение структурно-свободного феррита или появление бейнита (соответственно для чрезмерно малых или больших скоростей охлаждения, определяемых размерами деталей, их уклад-кон и пр.), резко снижается обрабатываемость.
...
Наличие в структуре составляющих с высокой пластичностью в связи с их налипанием на режущую кромку инструмента сильно ухудшает качество поверхности изделия, снижает теплоотдачу и поэтому скорость резания и стойкость инструмента, а присутствие структурных составляющих с повышенной твердостью приводит к аналогичным результатам из-за их большого сопротивления упругой и пластической деформации. В специальных экспериментах, проведенных автором на стали 40 по режимам 1-—-VI, представленным на рис. 4, удалось получить грубые выделения феррита (режим VI) и незначительное количество бейнйта (режим IV) при практически одинаковых твердости и оптической структуре. Анализ профилограмм поверхности образцов и деталей, средние результаты которых приведены на рис. 5, показывает существенное различие шероховатости поверхности при наличии даже малого количества очень пластичных или твердых структурных составляющих при общей ферритно-перлитной структуре.
...
Это можно видеть (рис. 6 и 7) в растровом электронном микроскопе при регистрации шероховатости поверхности с помощью К-модуляции. Некоторые обобщенные рекомендации для конструкционных сталей приведены в табл. 3.
...
Лучшее сочетание свойств для повышения обрабатываемости при течении, особенно на высокопроизводительных токарных автоматах, получается при совместном действии специальных присадок в сталь свинца, селена, серы и предварительной термической обработки. Поэтому согласно ГОСТ 1414—75 конструкционные стали, содержащие свинец, поставляют только после улучшения или изотермического отжига.
...
Рнс. 4. Схемы режимов (I —VI) предварительной обработки для исследования шероховатости поверхностей резания
...
Рис. 6. Исследование шероховатости поверхности стали 40Х с помощью У-модуляцин в растровом электронном микроскопе (I — термическая обработка по режиму IV, рис. 4)1
...
Рис. 6. Исследование шероховатости поверхности стали 40Х с помощью У-модуляцин в растровом электронном микроскопе (I — термическая обработка по режиму IV, рис.
...
Рекомендуемые режимы предварительной термической обработки (ПТО) для оптимальной о обрабатываемости резанием некоторых конструкционных сталей в условиях крупносерийного или массового производства
...

Цементация стали
Зварювальні матеріали
Контактная сварка
Термическая обработка в машиностроении: Справочник
Металлургия черных металлов

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Термическая обработка в машиностроении: Справочник