Термическая обработка в машиностроении: Справочник

Листать книгу

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

скачать книгу Термическая обработка в машиностроении: Справочник

Знание кинетики формирования временных и остаточных напряжений в процессе термической обработки крупных поковок дает возможность уменьшить их вредное влияние, а в некоторых случаях использовать остаточные напряжения для повышения конструктивной прочности.
...
Из экспериментальных методов определения остаточных напряжений наибольшее распространение нашли механический и рентгеновский. Первый метод основан на определении деформаций, возникающих в связи с нарушением условий равновесия при разрезке тела на части. Не исключено, что сам факт разрезки создает новые остаточные напряжения. Рентгеновским методом можно определить остаточные напряжения только на поверхности.
...
Первые попытки аналитического определения напряжений в телах простой формы осуществлялись без учета структурных превращений и были основаны на теории упругости. При малых скоростях охлаждения, что является характерным для крупных поковок, необходимо учитывать релаксацию напряжений (уменьшение о0> 2), что накладывает дополнительные трудности при расчете напряжений как по теории упругости, так и по теории пластичности. В последнее время предпринимаются попытки определения напряжений в области упругопластической деформации с учетом кинетики формирования последних в процессе термической обработки крупногабаритных изделий.
...
Рис. 11. Термокинетические диаграммы для поковки диаметром 700 мм нз стали 60ХН:
...
Для изучения кинетики формирования временных и остаточных напряжений, возникающих в материале крупных поковок в процессе термической обработки с использованием теории малых упругопластических деформаций, необходимо знание температурного поля, структурного состояния и механических характеристик.
...
Рис. ]3. Диаграммы изотермического превращения аустенита стали 35ХНЗМФА (*ауст= ^) для зон> отстоящих от поверхности поковки на различном расстоянии;
...
Рис. 14. Термокинетические диаграммы стали 35 ХНЗИФА (*ауст = «00° С) для зон, отстоящих от поверхности поковки на раса стоянии:
...
Рис. ]3. Диаграммы изотермического превращения аустенита стали 35ХНЗМФА (*ауст⁼ ^) ^для ^зон> отстоящих от поверхности поковки на различном расстоянии;
...
при охлаждении на воздухе и в масле определялся путем последовательного суммирования приращений напряжений в соответствующих точках, вычисленных через приращение деформаций за время между двумя моментами, соответствующими изменению деформирования в любой из точек сечения. При этом были использованы полученные экспериментально данные о температурном поле поковок, кинетике превращения переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении, изменении предела текучести и модуля упругости в функции температуры н структурного состояния.
...
На рис. 15 представлена зависимость осевых, тангенциальных и радиальных напряжений по сечению поковки диаметром 330 мм из стали 35ХНЗМФА при различном времени охлаждения на воздухе.
...
За время охлаждения 0,5 ч, как это следует из термокииетической диаграммы, все сечение поковки находится в аустенитной состоянии (см, рис. 11). Напряжения плавно изменяются от центра к поверхности. Для всех слоев эквивалентное расчетное напряжение меньше о0 2> т. е. поковка нагружена в упругой области. Причиной возникновения напряжений явилось наличие температурного пере
...
Рис. 15. Изменение осевых (0"г), и'нгенци. альиых (о^) и радиальных (о~г) напряжений по сечению поковки диаметром 330 мм из стали ЗбХНЗМФЛ при различном времени охлаждения иа воздухе: а
...
пала по сечению поковки. Увеличение времени охлаждения до 1 ч приводит к росту радиальных напряжений и особенно осевых и тангенциальных на расстоянии 0AR-
...
лентного напряжения для данного слоя больше о0,а. Таким образом, данный слой деформируется пластически. С увеличением времени охлаждения до 4,5 ч картина напряженного состояния изменяется, что связано с протеканием бейнитного превращения. Температура поверхности при этом составляет 300° С, центра 321° С. Поковка нагружена в упругой области. Полученные экспериментальные данные по характеру напряженного состояния роторной стали положены в основу разработки оптимальных режимов предварительной н окончательной термической обработки валов роторов турбогенераторов в частности, определения времени подстуживания при закалке и замене отжига нормализацией.
...
Рис. 15. Изменение осевых (0"_г), и'нгенци. альиых (о^) и радиальных (о~_г) напряжений по сечению поковки диаметром 330 мм из стали ЗбХНЗМФЛ при различном времени охлаждения иа воздухе:
...
используемый для производства идентичных по назначению и размерам крупных поковок, не может являться достаточным основанием для изменения характера предварительной и тем более окончательной термической обработки. Качество стали (главным образом содержание водорода) оказывает влияние только на продолжительность выдержки при субкритических температурах в процессе предварительной противофлокенной термической обработки.
...
Практика показывает, что количество водорода в стали может значительно превышать равновесное содержание. Взаимодействие дефектов структуры с атомами внедрения приводит к отклонению содержания водорода от средней концентрации в микрообъемах и влияет на стабильность структурной неоднородности. В сталях сложного состава водород локализуется на дислокациях и двумерных дефектах, малоугловых н межфазных границах. Таким образом, при заданном содержании водорода локальное пересыщение будет определяться протяженностью внутризеренных дефектов, границ фаз.
...
Применение метода микролокального определения водорода, основанного на комбинировании лазера и масспектрометра, показало, что на локальное распределение водорода влияет тип неметаллических включений; наибольшее количество водорода скапливается у сульфидов, наименьшее — у силикатов.
...
При оценке влияния различных факторов на диффузионную подвижность водорода большое значение имеет водородопроницаемость. Известно, что проницаемость и скорость диффузии водорода понижаются с увеличением структурной неоднородности: они максимальны в зернистом перлите, минимальны — в мартенсите..
...
При изучении влияния деформации на водородопроницаемость показано [7], что последняя в большей степени, чем механические свойства, чувствительна к дефектам кристаллической решетки (свободным дислокациям внутри зерен). Роль болыпеугловых границ при этом невелика. Уменьшение подвижности водорода при горячей пластической деформации объясняется механическим наклепом и наличием микропустот на границе раздела фаз [11].
...
Водород, находящийся в микропустотах в молизованном состоянии, не растворим в твердой стали и поэтому плохо удаляется из металла. Вылеживание наводороженной стали при комнатной температуре снижает общее содержание водорода вследствие десорбции протонного и атомарного водорода; количество же молизовапного водорода имеет тенденцию к увеличению.
...
Таким образом, проницаемость и коэффициент диффузии водорода при данной температуре в значительной степени определяются структурным состоянием, степенью дефектности структуры, природой, размером и характером распределения неметаллических включений и плотностью материала, т. е. наличием пористости. Все это имеет практическое значение при разработке противофлокенной термической обработки крупных поковок.
...
Распределение водорода в объеме крупных поковок. Известно, что концентрация водорода по сечению стальных слитков н крупных поковок весьма неравномерна. Сегрегация водорода, очевидно, происходит во время кристаллизации из-за различной растворимости его в жидкой и твердой стали. В процессе охлаждения Металла водород накапливается в незатвердевшей части, т. е. его концентрация к центру и к верхней части слитка должна повышаться; в эти же участки оттесняются и неметаллические включения. Поры, микротрещины и неметаллические включения определяют неравномерность распределения остаточного водорода внутри слитков и крупных поковок и объясняют локализацию его в местах с наибольшим количеством включений и микропористостью.
...
Таким образом, все исследователи отмечают значительную неравномерность распределения водорода по сечению слитков и поковок, которая увеличивается с повышением содержания водорода в жидкой стали и развеса слитка.
...
Влияние водорода на структуру и свойства крупных поковок. С повышением содержания водорода (по мере удаления от поверхности поковки к центру) понижаются характеристики пластичности продольных образцов. При содержании водорода свыше 4,0 см3/100 г металла продольные образцы практически теряют пластичность. Но особенно сильное влияние оказывает водород на пластичность поперечных образцов, которые уже при содержании водорода свыше 2,0 см8/100 г металла полиостью охрупчиваются.
...
На уменьшение анизотропии свойств крупных поковок положительное влия-ние оказывает вакуумирование стали, снижающее примерно в 2 раза содержание водорода, улучшающее пластичность и вязкость.
...
В поковках, пораженных флокенами, часто наблюдается развитая дендритная ликвация, которая, особенно иа крупных слитках, настолько резко выражена, что позволяет обнаружить в темных участках шлифа повышенное содержание легирующих элементов.
...
В легированной стали водород вызывает усиление дендритной ликвации и столбчатости [4]. С. М. Баранов предлагает объяснение влияния водорода на структуру стали. При охлаждении жидкой стали, содержащей повышенное содержание водорода, момент образования твердых кристаллов совпадает со скачкообразным и резким падением растворимости водорода между жидкой и твердой фазами. Выделяющийся иа границе раздела твердой и жидкой фазы водород адсорбируется гранями растущих кристаллов (осей дендритов). Наличие адсорбционной пленки водорода затрудняет диффузионные процессы, что приводит к повышению концентрации легирующих элементов и углерода в междуосных объемах дендритов и создает сильно развитукз дендритную ликвацию. Значительное обогащение растворенными элементами междуосных объемов может привести к возникновению в них стали другого класса, например мартенситиого, резкому изменению твердости, а также окраски участков структуры. Неравномерная концентрация легирующих элементов в микрообъемах дендритов является весьма устойчивой и сохраняется в процессе ковки и последующей термической обработки. Таким образом, помимо снижения пластичности водород вызывает изменение структуры стали, которое является устойчивым и после значительного удаления его из металла.
...
Флокеиы в крупных поковках. Проблеме флокенов в стали посвящено большое число экспериментальных и теоретических работ. С одной стороны это свидетельствует о практической важности указанной проблемы, с другой — о сложности явлений, протекающих в металле и приводящих к образованию такого рода дефектов.
...
Известно, что одной из главных причин образования флокенов в крупных поковках является повышеииое содержание водорода в стали. Флокеиы обычно наблюдаются в катаной стали или в поковках, но иногда они встречаются и в литой стали. Как правило, они располагаются в средней части гоковки и не имеют определенной ориентировки. В крупных поковках флокены располагаются или берут начало в ликвациониых участках, обогащенных углеродом, фосфором, серой и легирующими элементами [14].
...
Образование флокенов реализуется при содержании водорода 4—8 см3/100 г металла под действием дополнительных внутренних напряжений (структурных, термических и механических), которые увеличивают локальную концентрацию водорода в твердом растворе.
...
И. Е. Брайнин [6] полагает, что флокены образуются не мгновенно, а после определенного инкубационного периода времени, необходимого для достижения соответствующего содержания водорода в дефектном участке кристаллической решетки, где они зарождаются. Длительность инкубационного периода уменьшается с увеличением содержания водорода, остаточных внутренних напряжений, величины зерна.
...
Только растягивающие напряжения при совместном действии с водородом могут вызвать образование флокенов, сжимающие напряжения уменьшают опасность флокенообразования. Объясняется это тем, что водород путем восходящей диффузии обогащает зоны растягивающих напряжений и, собираясь около дислокаций, способствует зарождению и распространению трещин [10]. Причиной образования флокенов является диффузионно подвижвый водород.
...
По данным П. В. Склюева [14], температура начала появления флокевов ие является постоянной, а зависит, помимо содержания водорода, от состава стали и скорости охлаждения. Чем выше содержание водорода и чем больше скорость охлаждения, тем выше температура образования флокенов. Литературные дай-
...
В литературе неоднократно приводились сведения о попытках установления предела содержания водорода в жидкой стали, который гарантировал бы получение металла без флокенов. Представляется, что говорить о критическом содержании водорода с точки зрения флокеночувствительности стали в общем виде не имеет смысла, так как она при одном и том же содержании водорода может изменяться в зависимости от формы, размеров изделий и характера термической обработки.
...
Специальная термическая обработка как мера предупреждения образования флокенов является необходимой для изделий больших сечений. П. В. Склюев [14] считает, что при начальном содержании водорода в крупных поковках 4
...
Удаление водорода из изделий больших сечений при термической обработке весьма затруднительно (снижение содержания водорода резко уменьшается при увеличении диаметра поковок). Неизбежность противофлокенной обработки в значительной степени вызвана необходимостью перевода водорода в неактивную форму, когда его давление в различных иесплошностях, вследствие высокой пластичности металла, не вызывает образования трещин, а также необходимостью снижения внутренних напряжений.
...
А. А. Астафьевым [2] установлено, что выделение водорода существенным образом уменьшается в тех температурных интервалах, в которых сохраняется повышенное количество переохлажденного аустенита и резко увеличивается после его распада; в процессе отжига водород из центральной зоны крупных поковок удаляется незначительно, а иммунитет к флокенообразованию связан с процессом перераспределения водорода в крупных поковках.
...
Радикальным способом уменьшения флокеночувствительности стали является получение металла с малым количеством водорода либо подбор соответствующих составов стали, обеспечивающих необходимый комплекс служебных характеристик и являющихся менее флокеиочувствительными. Другой способ — совершенствование существующих режимов термической обработки на базе научных и практических исследований всех особенностей, связанных с производством крупных поковок.
...
Термическая обработка является заключительным этапом в металлургическом цикле производства крупных поковок и обычно состоит из двух этапов: первичной термической обработки (отжига или нормализации после ковки) и окончательной термической обработки (нормализации или закалки с отпуском).
...
Для некоторых поковок (в частности, для валков горячей прокатки) предварительная термическая обработка является окончательной.
...
Основной целью предварительной термической обработки крупных поковок является подготовка структуры для последующей окончательной обработки н уменьшение флокеночувствительности стали.
...
Применяемые в настоящее время режимы противофлокенной термической обработки позволяют в определенной степени предотвратить образование флокенов и получить качественный металл. Основная задача термической обработки при этом сводится к уменьшению флокеночувствительности не за счет удаления водорода, а в результате перевода его из активной в неактивную форму.
...
Режимы противофлокенной термической обработки иа большинстве отечественных и зарубежных заводов включают следующие операции:
...
3) окончательное замедленное охлаждение с температуры изотермической выдержки для обеспечения допустимого минимума остаточных внутренних напряжений в поковках (в первую очередь растягивающих).
...
На первой операции, как правило, поковки из углеродистых и низколегиро-ванных сталей переохлаждаются до температур 450—650° С, из высоколегирован» ной стали — до температур 300—350° С. Выбор температуры переохлаждения должен определяться кинетикой распада переохлажденного аустенита с учетом возможности образования флокенов в процессе выдержки при больших переохлаждениях.
...
Выдержка при субкритических температурах обеспечивает частичное удаление водорода с поверхностных слоев, перераспределение его в центральном объеме и уменьшение количества активного растворенного водорода, что и приводит к уменьшению флокеночувствительности стали. Длительность изотермической выдержки определяется составом стали и размерами поковок.
...
Рис. 16. Режимы окончательной термической обработки сварного на-турного изделия из стали 2СХНЗМФА [8):
...
Химический состав и механические свойства углеродистых и низколегированных сталей. На заводах тяжелого машиностроения для изготовления различных деталей используют углеродистые и низколегированные стали. Стали выплавляют в кислых и основных мартеновских печах, в электропечах и других плавильных агрегатах. В процессе плавки и отливки слитков часть металла подвергается вакуумной обработке.
...
Таблица 2. Определение расчетных сечений деталей для назначения времени выдержки при иагреве и охлаждении
...
Продолжительность предварительной термической обработки зависит от метода выплавки 1 стали и определяется в значительной степени содержанием в слитке водорода.
...
Прн изготовлении поковок сечением 3000 мм и массой :>240 т возникают условия, способствующие образованию в стали крупного зерна аустенита. К этим условиям относятся особенности кристаллизации крупных слитков, трудности проведения горячей пластической деформации — длительные, многократные (до 14 раз) нагревы под ковку, достигающие 1250° С, неравномерная деформация по сечению поковки, вынужденный отказ (из-за технических трудностей) от операции осадки на слитках массой >300 т, а также малые скорости нагрева и охлаждения прн перекристаллизации и продолжительные выдержки в процессе аустенитизации во время термической обработки (табл. 6).
...
На одном нз заводов энергетического машиностроения разработан и внедрен новый сокращенный антнфлокениый режим предварительной термической обработки крупных поковок сечением от 800 до 2200 мм (рис. 6) [14]. Фактические тем-пературно-временные поля в процессе термической обработки по этому режиму и время охлаждения поковок после нормализации приведены на рис. 7. Общая продолжительность этого режима термической обработки поковок сечением 800— 1200 мм —350 ч, сечением 1250—1800 мм —550 ч, сечением 1850—2200 мм —670 ч, что на 30% меньше по сравнению с существовавшими до настоящего времени режимами.
...
С целью исправления крупнозернистой структуры в процессе изготовления крупных сварнокова-ных и кованосварных изделий разработана и внедрена новая технология термической обработки. Она включает предварительную обработку, состоящую из нагрева до температуры исправления крупнозернистое™, промежуточного нагрева до температуры Ас3-\- 10° С стали С
...
Рис. 10. Режимы окончательной термической обработки элементов сварного ротора К 1000-60/1500 из стали 25Х2НМФА (2 I. Сталь, выплавленная ЭШП, подвергается отпуску при 630 — 640° С; мартеновская сталь с -0,24 —0,26% С — при 630 — 640° С, а с содержанием С .> > 0,26% — при 640 — 050° С. Температура печн при посадке <350° С:
...

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