Термическая обработка в машиностроении: Справочник

Листать книгу

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

скачать книгу Термическая обработка в машиностроении: Справочник

Таблица 5. Режимы предварительной термической обработки высоколегированных конструкционных сталей
...
Особенности пластической деформации при холодной листовой или объемной штамповке в условиях двухосного и трехосного напряженных состояний и значительные степени деформации (>50%) предъявляют дополнительные требования к состоянию металла. Во-первых, резко возрастает значение макроструктуры. Она должна характеризоваться высокой однородностью, отсутствием металлургических дефектов (пористостей, рыхлот, расслоений и даже минимальных ликва-ционных зон),минимальныМ
...
В стальных деталях решающее значение для улучшения штампуемое™ имеет сфероидизация цементита. Для особо сложной объемной штамповки количество сфероидизированного цементита должно быть >80%. Если оценка структуры затруднена, то целесообразно [8] оценивать состояние стали и ее способность к штамповке по величине допустимой осадки без разрушения до 1/1 высоты или относительному сужению (>50%) при одноосном растяжении. В работах японских исследователей показано влияние различных режимов термической обработки (нормализации, улучшения, сфероидизирующего отжига и пр.) на поперечное сужение. Хорошей штампуемостыо обладают материалы со структурами, обеспечивающими поперечное сужение 65—70% . Аналогичные рекомендации по поперечному сужению для сталей ЗОХ, 45, 12ХНЗА, ЗОХГСА и др. даны в работах [11, 23]. Некоторые оптимальные режимы подготовки структуры листового и сортового металла, обеспечивающие хорошую пластичность (по величине поперечного сужения), поданным ЗИЛа, а
...
Учитывая трудоемкость проведения испытаний на растяжение, зарубежные исследователи [27] предлагают эмпирическое выражение для определения поперечного сужения (%)
...
Для упрощения расчетов выражение (3) может быть скорректировано с вероятностью 97,5% на межцементитное расстояние 5, учитывая, что
...
Для углеродистых и низколегированных сталей с содержанием суммы легирующих элементов в пределах 2—3% указанное уравнение достаточно надежно.
...
Таблица 6. Режимы термической обработки 1 некоторых углеродистых и низколегированных конструкционных сталей, обеспечивающие оптимальную штампусмость в условиях крупносерийного или массового производства
...
Отжиг 800° С, деформации с обжатием (10 — 30%) и рекристаллизан.ионнь:й отжиг при температуре, СС: 600 700
...
Отжиг 860° С, деформация с обжатием (10 — 20%) и рекристаллизацнониый отжиг при температуре, °С: 600 700
...
4 ч; / — отжиг на пластинчатый перлит; 2 — отжиг на зернистый перлит; 3 — горячекатаное состояние; 4 — нормализация
...
На рис. 9 показано изменение деформации шестерен и валов коробки перемены передач автомобилей из стали 25ХГНМАЮ и 25ХГМ после нитроцемеитации для плавок, имеющих максимальную прокаливаемость по полосе. Из этих данных видно уменьшение среднего значения (уменьшение прокаливаемое™) и разброса (стабилизация зерна и прокаливаемое™) межцентрового расстояния в 2 раза и биения валов в 2,5 раза. На основании исследований, выполненных на ЗИЛе для различных групп деталей коробки перемены передач в целях снижения деформации после окончательной термической обработки, сталь 25ХГМ поставляется с регламентированной прокаливаемостью (для валов диаметром до 80 мм твердость НЯС 35—48 должна быть на расстоянии 9 мм по ГОСТ 5657—69; для шестерен ИКС 35—45). Для сталей, содержащих значительное количество труднорастворимых частиц, можно не оговаривать прокаливаемость, а использовать предварительную термическую обработку, обеспечивающую получение весьма мелкого зерна (—1 мкм) при повторных нагревах.
...
Использование ковочной теплоты для нормализации или отжига поковок после нагрева на высокие температуры (1200—1250° С) с неизбежным в этом случае замедленным охлаждением в интервале температур 1100—800° С является нежелательным для конструкционных сталей, и особенно для цементуемых и нитро-цементуемых, так как способствует коагуляции частиц карбидных и нитридных фаз, увеличению зерна и разнозернистости и расширению реальной полосы прокаливаемое™ в пределах одной марки стали и даже одной плавки.
...
Влияние различного исходного структурного состояния, включая размер и распределение частиц карбидных или нитридных фаз, усугубляется различием реальных скоростей охлаждения частей поковки, что впоследствии сказывается на рассеивании значений деформации.
...
Ускоренное охлаждение до 700—500еС после окончания ковки или штамповки в интервале интенсивного выделения таких частиц, как, например, карбид титана в стали 25ХГТ или нитрид алюминия в стали 25ХГНМАЮ, с последующим использованием остаточной теплоты (500—700° С) для экономии расхода энергии в процессе нагрева для нормализации или закалки будет способствовать измельчению зерна и снижению деформации деталей (рис. 10). Анализ данных, приведенных на рис. 10, показывает, что ускоренное охлаждение заготовок позволяет стабилизировать деформацию при последующей окончательной термической обработке, уменьшив рассеяние ее значений более чем в 1,5—2,0 раза,
...
Оптимальный режим предварительной термической обработки большинства конструкционных сталей включает ускоренное охлаждение от температуры конца горячей деформации до 700—500° С, изотермическую выдержку при температуре 600—680° С (диапазон колебаний температур изотермической выдержки для каждой марки стали должен быть не более 20—25° С) продолжительностью ие
...
Рис. 10. Влияние режима охлаждения поковок после штамповки и изотермического отжига иа деформацию Шестерен 1-й передачи КПП ЗИЛ-130 (сталь 25ХГМ) после иитроцементации:
...
/ — ускоренное охлаждение (в воде) с 1250 до 600 — 700° С; 2 — ускоренное охлаждение (130° С/мии), изотермический отжиг (ЗИЛ); t
...
Рис. 10. Влияние режима охлаждения поковок после штамповки и изотермического отжига иа деформацию Шестерен 1-й передачи КПП ЗИЛ-130 (сталь 25ХГМ) после иитроцементации:
...
Рис. 11. Влияние предварительной деформации на коробление образцов из стали 25ХГЛ1 после нитроцементации на глубину 0,8 мм:
...
с увеличением степени предварительной холодной деформации (достаточно однородной для всего образца) эффект необратимости уменьшается (табл. 8).
...
Установленная закономерность проверена и подтверждена для конструкционных сталей 20, 45, 15Х, 25ХГНМТ, 12Х2Н4А и др., а также для инструментальных сталей У8, У10 и др.
...
Сущность явления заключается в том, что при определенных условиях предварительной холодной пластической деформации и режимов последующего нагрева в а-фазе к моменту начала ее превращения в аустенит создается сильно развитая субструктура с разориеитировкой субграниц, близкой к большеугловой, на которых так же, как и иа межфазовых границах, облегчается формирование устойчивых зародышей у-фазы. Поэтому на несколько порядков во»растает число этих зародышей и создаются условия для изотропного роста новой фазы, уменьшающие анизотропию объемного эффекта превращения а -> у,
...
.В связи с изложенным на практике должны найти применение оба направления повышения точности деталей. В тех случаях, когда по условиям изготовления детали невозможно получить однородную деформацию и, как следствие, однородную субструктуру, необходимы промежуточные операции термической обработки для снятия внутренних напряжений и наклепа и уменьшения рассеяния коробления. Для деталей, изготовление которых можно осуществить при достаточно однородном деформировании, промежуточные операции термической обработки перед окончательной термической обработкой отрицательно сказываются, так как увеличивают величину необратимых изменений размеров при фавовой перекристаллизации, а следовательно, и абсолютную величину отклонений в размерах деталей.
...
Последнее наиболее удачно реализуется при использовании современных холодновысадочных автоматов в производстве нормалей, поршневых пальцев, осевых деталей и пр.
...
Рис. 11. Влияние предварительной деформации на коробление образцов из стали 25ХГЛ1 после нитроцементации на глубину 0,8 мм:
...
нести. При увеличении содержания углерода в стали наблюдается тенденция к снижению скорости нагрева, обеспечивающей максимальное упрочнение. В сталях с содержанием до 0,2% С эта скорость нагрева равна 1000° С/с; с 0,35% С--700° С/с; для стали 58 — 330е С/с; а для стали У8— <300° С/с. При содержании в стали <0,6% С степень измельчения зерна практически линейно зависит от скорости нагрева при повторной закалке. В сталях с большим содержанием углерода при скоростях повторного нагрева >300° С/с формируется зерно несколько больших размеров, чем при скорости нагрева в интервале 10—450° С/с. В некоторых случаях оно практически равно исходному зерну. По аналогии с данными В. Д. Садовского [19] это явление можно отнести к структурной наследственности. Укрупнение зерна при чрезмерно больших скоростях нагрева снижает свойства, которые оказываются ниже аналитически прогнозируемых. Укрупнение зерна при весьма больших скоростях иагрева высокоуглеродистых сталей, по-видимому, связано с изменением кинетики превращения а
...
(Ах—А3) чугунов для повышения комплекса механических свойств после окончательной термической обработки закалкой ТВЧ [18] и др.
...
Самостоятельное значение имеет предварительная подготовка структуры, особенно для низкоуглеродистых и низколегированных сталей и цветных сплавов, предназначенных для холодной штамповки, поскольку структура влияет на процессы рекристаллизации и на разные ее стадии. Например, отжиг пересыщенного раствора тормозит, а наличие частиц второй фазы облегчает образование зародышей рекристаллизации; объемная доля выделявшихся частиц, их форма, размеры, расстояние между ними будут определять дальнейший рост зерна, сдерживая миграцию границ. Именно это и определяет различие температурного интервала рекристаллизации предварительно улучшенной и-горячекатаной структуры сталей типа 17ГС, 12Г2АФ, ИГ2АФ и др. Даже на стали 20*обнаруживается снижение температуры начала рекристаллизации более чем на 100° С после предварительной закалки в масле по сравнению с закалкой в воде [6],
...
Таким образом, предварительная подготовка микроструктуры матрицы активно влияет на ввойства металлов и сплавов после их окончательной обработки ч может оСуществлят-ьвя на стандартном термическом оборудовании или прн его небольшой модернизации в целях регулирования условий охлаждения после нагрева.
...
Для упрочнения металлов и сплавов при предварительной обработке путем формирования субструктуры в соответствии с рассмотренной выше классификацией могут быть включены практически все известные и используемые на практике способы деформационно-термического воздействия, направленные на повышение механических свойств стали. Предварительное формирование субструктуры при ПТО есть не что иное как предварительная термомеханическая обработка [3]. Оиа может включать собственно термомехаиическую обработку (ВТМО; НТМО; ВТМкзО и др.), механотермическую обработку, многократную мехаиотермнческую обработку и даже нагрев холоднодеформированного сплава.
...
Существо явления заключается в сохранении при последующей фазовой перекристаллизации в процессе окончательной термической обработки элементов субструктуры, созданных при ПТО, и в их воздействии на окончательно формируемые структуру и свойства (см. гл. 13).
...
Использование труднорастворимых частиц наиболее целесообразно для итмельчения зерна при последующих длительных нагревах благодаря барьерному действию этих частиц на подвижность дислокаций и миграцию границ зериа при нагреве. Однако эффективность действия труднорастворкмых частиц не ограничена только этим. Согласно Хиршу, частицы избыточных фаз активно упрочняют сплав вследствие увеличения числа дислокаций при развитии поперечного скольжения, а Николсон даже установил вклад в общее упрочнение сплава самих частиц и их морфологии.
...
Для измельчения зерна при нагревах до 950—1000° С целесообразно использовать труднорастворимые карбиды и нитриды титана, ниобия, алюминия, ванадия и др. В связи с этим появляется еще одно преимущество предварительной обработки, способствующей образованию максимального числа труднорастворимых карбидов и нитридов. Это приводит к уменьшению содержания азота и углерода в матричном твердом растворе, в результате чего понижается напряжение трения в решетке, общий уровень внутренних напряжений и, как следствие, существенно снижается температура хладноломкости и повышается пластичность
...
сплавов. Таким образом, предварительная термическая обработка, формирующая величину частиц избыточных фаз и расстояние между ними и обеспечивающая максимальное их выделение, является универсальным способом повышения конструктивной прочности сплавов.
...
Анализ кинетики выделения в стали нитридов алюминия [32] и ванадия в изотермических условиях показывает наличие двух температурных максимумов их выделения в аустените (1000° С) и феррите (660° С). Однако скорость выделения этих частиц в феррите выше, чем в аустеиите. После выдержки в ферритной области при 620—-640° С 1 ч в стали с 0,02% N и 0,05% AI выделяется 80% равновесного нитрида алюминия [32]. Аналогичная закономерность наблюдается и для нитрида ванадия [30]. Следовательно, при скоростях нагрева деталей в садочных печах большая часть нитридов, переведенных в раствор, будет выделена. Карбиды ниобия (NbC) выделяются медленнее. Выполненные на ЗИЛе исследования показали, что за 8 ч при 600° С только 15% растворенного ниобия переходит в карбид. Значительно быстрее выделяется карбид ниобия в аустенитной области. Близка к выделению карбида ниобия и кинетика выделения карбида титана. Экономически выгодно и технологически удобно использовать для упрочнения нитрид алюминия. Однако есть металлургические трудности, связанные с гарантированным образованием нитрида алюминия, так как для этого нужно удалить .из стали более активные нитридообразователи, например титаи. Кроме того, следует учитывать, что скорость роста (коагуляции) частиц нитрида алюминия при увеличении времени выдержки во время последующих нагревов больше, чем у NbC, NbCN или даже TiC. Поэтому при очень длительных выдержках, например при 950° С (15—20 ч), наиболее эффективны нитриды и карбиды ниобия.
...
При увеличении времени выдержки, особенно при 1000—1100° С, идет интенсивный рост частиц нитридов или карбидов до 5000 Â. При выделении нитридов в ферритной области размеры их значительно меньше и обычно составляют 50—• 100 Â [28]. Поэтому быстрое охлаждение от температуры окончания ковки или штамповки в аустенитной области явяяетея непременным условием получения мелких частиц.
...
В зависимости от режима предварительной термической обработки размер частиц может изменяться в пределах 50—500 Â, что влияет на размер зерна при окончательной обработке.
...
На рис. 12 показана кинетика роста зерна аустенита в стали 25 при повторном нагреве в печи (время выдержки при каждой температуре 30 мин). Предварительный нагрев на 1250° С с последующим ускоренным охлаждением у этой конструкционной стали, раскисленной только алюминием (0,005% N0fim) существенно уменьшает склонность к росту зерна при повторном нагреве по сравнению с традиционными температурами предварительного нагрева 880—900° С. На кинетику роста зерна значительно влияет скорость охлаждения после нагрева. Ее уменьшение до 50° С/ч (охлаждение с печью) снижает порог роста зерна более чем на 100° С.
...
Увеличение объемной доли трудпорастворимых частиц в стали 25ХГНМАЮ по сравнению со сталью 25 позволяет снизить абсолютную величину зерна для невысоких температур повторного нагрева и расширить интервал существования устойчивого мелкого зерна до 1050° С (рис. 12, б). Измельчение исходной структуры матрицы при предварительной обработке вносит свой вклад в измельчение зериа. Поэтому в стали после предварительного улучшения обеспечивается меньшая величина зерна при относительно низкик температурах и коротких выдержках (30 мин), чем в стали со структурой после нормализации. В результате предварительной обработки конструкционных сталей можно получить при повторном нагреве до температуры 1000—1050° С устойчивое мелкое зерно менее 12-го балла. Очевидно, что для каждого типе здовдщ избытючнмк фаз есть такой температурный интервал предварительного иагрева, когда нри повторном, даже непродолжительном, нагреве происходит значительный роет зерна. Это объясняется активной коагуляцией частиц карбидов и нитридов и и* растворением при таком предварительном нагреве. До начала интенсивного растворения этих частиц (950° С для VC; 1100° С для A1N) контролирующим процессом является коагуляция. Если пренебречь растворением частиц и уменьшением их объемной доли при более
...
Рис. 12. Влияние режима предварительной термической обработки иа кинетику Роста зерна аустенита стали 25 (а) и стали 25ХГНМАЮ (о") при повторных нагревах:
...
низких температурах, то зависимость между радиусом устойчивого зерна и размером труднорастворимых частиц можно выразить уравнением
...
Рис. 12. Влияние режима предварительной термической обработки иа кинетику Роста зерна аустенита стали 25 (а) и стали 25ХГНМАЮ (о") при повторных нагревах:
...
Таблица 12. Влияние предварительной термической обработки иа свойства стали после окончательной химико-термической обработки
...
Технологические процессы термической обработки деталей должны отвечать следующим основным видам требований: а) заданным изменением свойств материала при нормированной надежности результатов; б) сохранением, по-возможиости, неизменными других свойств изделий: первоначальной геометрической формы, размеров и качества отделки поверхности (см. гл. 3).
...
Борьба с деформированием изделий принадлежит к числу конструкторских и технологических задач первостепенного значения. Деформирование при термической обработке затрагивает, как правило, интересы последующих технологических операций. Собственная трудоемкость операций, выполняемых в термических цехах, может быть относительно небольшой (порядка 2—4% от полной), ио деформация, сопутствующая упрочнению, способна вызвать резкое возрастание трудоемкости механической обработки и увеличение неисправимого брака.
...
Конструкция изделия и технология требуют предсказания пределов вероятной автодеформации (результата автодеформироваиия 1), с учетом которых размеры иногда могут быть заранее скорригироваиы, например при азотировании (рис. 1).
...
винтообразное закручивание цилиндра или призмы вдоль продольной оси, изменение величины угла между полками профилей прокатного или гнутого сортамента и т. п.);
...
3) деформации, при которых отсутствуют признаки искажения, характерные для предыдущего вида, но ие выполняется условие сохранения подобия форм: граничные поверхности фигуры смещаются без поворотов, но непропорционально расстояниям от центра или оси симметрии, или линейным размерам элементов; это обычное проявление анизотропии, например: превращение куба в параллелепипед, изменение соотношения длины (толщины) и диаметра цилиндра или диска, изменение соотношения линейных размеров пластины, полосы, листа и т. п.
...
Причинами деформации могут быть высокие напряжения, изменения удельного объема сплава и физическое состояние материала, обусловливающее его податливость деформации в момент превращения.
...
При качественной оценке характера деформации целесообразно учитывать следующее правило: все факторы, обусловливающие увеличение объема участка металла монолитной детали (нагрев; фазовые превращения, идущие с увеличением удельного объема), вызывают в нем сжимающие напряжения, а в остальной массе металла, сохранившей к этому моменту меньший удельный объем и сдерживающей расширение первой, соответственно — растягивающие напряжения — и обратно.
...
Особенности формы, препятствующие свободному, равномерному тепловому изменению размеров всех частей изделия
...
Если % С — среднее содержание углерода в стали (% по массе), Ум, Уд, Ус — содержание мартенсита, остаточного аустенита и нерастворенны.х карбидов соответственно (об. %), % См Л — действительное содержание углерода в мартенсите и остаточном аустените, при наличии Ус (%
...
ственно в случае полного превращения вида или
...
Рис. 2. Относительное изменение удельного объема при фазовых превращениях в углеродистой стали:
...
Влияние температуры отпуска на среднее значение автодеформации по сравнению с исходными размерами закаленных изделий из разных сталей неодинаково. Наибольшая деформация отмечается у высокоуглеродистой стали. Малые деформации свойственны высокохромкс-тым сталям типа Х12. Незначительной (близкой к нулю) деформацией, мало зависящей, по-видимому, от условий отпуска, отличается сталь типа Х5. В некоторых случаях посредством изменения температуры отпуска можно добиться нулевой деформации, иногда на двух уровнях твердости. Общей тенденцией для инструментальных сталей указанных типов являются наименьшие значения относительной деформации после отпуска при температурах в интервале 200— 250° С. При отпуске вблизи 300° С деформация быстро возрастает. Превращение 1% остаточного аустенита в отпущенной стали марки X дает относительное увеличение длины (1,5—3) -10~5.
...
Собственно металлургическая анизотропия автодеформации подобно общей анизотропии физических и механических свойств является следствием прежде всего неоднородности макро- и микростроения реального металла, в частности — в поковках и прокатном сорте, наличия ориентированной структуры,строчечности, локализованной разнозернистости, ориентированных карбидных включений и т. п. При прочих равных условиях, литые детали коробятся при термических операциях меньше деталей, изготовленных из деформированного металла; анизотропия автодеформации у них также проявляется слабее.
...
Рис. 3. Знак изменения линейных размеров различных сталей (образцы
...
Структурные неоднородности материала могут вызывать также деформацию изгиба. Отмечено, например, своеобразное обратимое коробление крупных турбинных валов из стали с 0,3% С и 0,6% Мо [23]. Валы при нагреве изгибались, а после охлаждения снова выпрямлялись. При однородном химическом составе по сечению выявлена структурная неоднородность, вызванная предшествующей термической обработкой: на одной стороне по образующей имелся бейнит, на другой — перлит. Коэффициенты расширения этих структур в интервале от 20 до 300° С различаются на 3% (13,04-Ю-6 и 12,69-10~в соответственно).
...
По главному признаку — характеру пространственного распределения массы — изделия разделяют на удлиненные, плоскостные и объемные (условно — одно-, двух- и трехмерные). Внутри данного класса и вида изделий их относительная жесткость зависит в основном от соотношения главных размеров. По этому признаку изделия разделяют на четыре основных категории жесткости. Причем к пятой категории жесткости, применяемой в необходимых случаях, могут относиться также изделия, в свободном состоянии не сохраняющие постоянной правильной формы, т. е. при отсутствии опор, получающие значительную упругую деформацию под действием собственного веса.
...
Количественная оценка технологической жесткости при деформациях изгиба. Физическое содержание критериев жесткости характеризуется тем, что изделия, обладающие одинаковым фактором жесткости, при прочих равных условиях получают одинаковую деформацию.
...
В качестве фактора жесткости А принимается величина обратного значения расчетного упругого прогиба. Если меньший размер изделия (размер поперечного сечения) й и больший размер (длина, диаметр диска, сторона пластины)/., то
...
Тела вращения (часто непостоянного диаметра по длине, но преимущественно с симметричными профилями поперечных сечений)
...
Плунжеры. Центровые оправки, гладкие и ступенчатые валики, оси. Прокатные валики. Цилиндрические фрезы. Цапфы. (Ориентировочное соотношение длины и диаметра 1
...

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