Сталь 45 зависимость твердости от температуры отпуска. Можно ли повысить твердость металлов и их сплавов

1.

Уплотнительные материалы. Маркировка, свойства и применение на автотранспорте. 2

Термическая обработка стали 45. 5

Легированные стали 8

Бронза 12

Уплотнительные материалы. Маркировка, свойства и применение на автотранспорте.

Обзор материалов. Свойства и применение в деталях автотранспорта.

Для придания плотности и герметичности соединениям деталей ма-шин (трубки, различные соединения и др.) и устранения возможного проса-чивания жидкости и прорыва газов используют уплотнительные материалы. Наибольшее распространение получили бумага, картон, фибра, асбест, паронит и другие прокладочные и уплотнительные материалы. Бумага - листовой материал, изготовленный из раститель-ных волокон и целлюлозы. Целлюлоза - растительные волокна, очищенные от смол и других компонентов. Картон - специально обработанная толстая бумага толщиной 0,25-3 мм. В зависимости от способа обработки он приоб-ретает масло- и бензостойкость, электро- и термоизоляционность. Фибра - разновидность бумажного материала, изготовляют ее из бумаги, пропитан-ной раствором хлористого цинка. Отличается высокой прочностью и хоро-шо поддается механической обработке, масло- и бензостойка. Недостаток фибры -при увлажнении она де-формируется. Фибры применяются для изготовления шайб, прокладок и втулок. Асбест - естественный волокнистый светло-серый минерал, со-стоящий из кремнезема и небольших количеств окиси железа и окиси каль-ция. Для него характерны высокая огнестойкость, а также малая тепло- и электропроводность, выдерживает температуру до 500°С. Из асбеста делают волокно, нити, шнуры, ткани с примесью хлопка и чисто асбестовые ткани, листовые и прокладочные асбестовые материалы, асбестовую бумагу, кар-тон. Войлок - листовой пористый материал, изготовленный из волокон шерсти. Воздуш-ные поры в нем составляют не менее 75% объема. Он обладает высокими тепло- и звукоизолирующими, а также амортизирующими свойствами. Вой-лок используют для набивки сальниковых уплотнений и изготовления про-кладок. Важной задачей современного машиностроения является надежная герметизация и уплотнение соединений деталей и сборочных единиц, рабо-тающих в жестких условиях. Материал, обычно используемый для уплотнительных прокладок (паронит, картон и др.) не всегда обеспечивает надеж-ную длительную герметичность соединений. Под действием температуры и вибрации прокладки со временем претерпевают ряд изменений, теряют свои уплотняющие свойства, в них возникают разрывы и трещины. В процессе эксплуатации это приводит к утечке масла, топлива и др. Для этих целей применяют различные герметики. Уплотняющая жидкая прокладка ГИПК-244 предназначена для герметизации неподвижных соединений деталей и сборочных единиц, работающих в водяной, пароводяной, кислотно-щелочной и масло-бензиновых редах. Уплотнительная замазка У-20А предназначена для герметизации соединений в воздушной и водяной сре-дах. Герметик Эластосил 137-83 герметизирует неподвижные соединения в водяной, пароводяной, кислотно-щелочной и масляной средах. Анаэробный клей ДН-1 обеспечивает герметизацию соединений с зазорами до 0,15 мм. Минеральная вата - продукт переработки металлургических или топочных шлаков. Служит для изоляции поверхностей с низкими и высокими темпе-ратурами нагрева. Также в качестве изоляционного и уплотнительного материала применяются плиты на основе минеральной ваты, проклеенной битумной эмульсией или фенольной смолой.

Обеспечение герметичности зависит от нескольких факторов: воздействие температур, перепады давления, качество поверхности фланцев, тщательность монтажа прокладки.

Уплотнительные материалы, не содержащие асбеста, завоевывают всё большую популярность в нашей стране. Происходит это, прежде всего благодаря тому, что безасбестовые материалы экологически чистые. Асбест же признан вредным и запрещен к применению в Европе. Очевидны и функциональные преимущества безасбестовых материалов: прокладки из таких материалов более долговечны, лучше обеспечивают герметичность.

Фторопласт - полимерный материал, получаемый химическим путём. Фторопласт содержит атомы фтора, благодаря чему имеет высокую химическую стойкость. Плохо растворяется или не растворяется во многих органических растворителях, не растворим в воде и не смачивается ею.

Фторопласты характеризуются широким диапазоном механических свойств, хорошими диэлектрическими свойствами, высокой электрической прочностью, низким коэффициентом трения, низкими значениями износа; стойки к действию различных агрессивных сред при комнатной и повышенной температуре, атмосферо-, коррозионно- и радиационностойки, слабо газопроницаемы, не горючи или самозатухают при возгорании. Очень высокая нагревостойкость (до 300°С). Материал обладает холодной текучестью.

Материалы на основе терморасширенного графита (ТРГ).

При сравнении плотности графитовых материалов (1,0 г/см3) с традиционными паронитами (до1,8 г/см3) может показаться, что графитовые материалы излишне «деликатны» и требуют особых условий эксплуатации. Однако, это не совсем так. Кажущийся недостаток прокладок из ТРГ на самом деле является преимуществом, т.к. графитовые прокладки более адаптивны к недостаткам поверхности. Результаты теста показывают различное поведение прокладок при усадке. Важный вывод этого теста касается определения необходимой толщины прокладки. Графитовые прокладки, армированные просечно-вытяжной жестью, намного больше подходят для использования на «грубых» поверхностях фланцев и на непараллельных фланцах. Это позволяет применять прокладки толщиной 1,5-2,0 мм на устаревшем или изношенном оборудовании даже на больших диаметрах. Происходит это благодаря уникальным свойствам просечно-вытяжной жести, позволяющей графиту через открытые ячейки «перетекать» из одного слоя в другой, заполняя даже глубокие царапины и неровности фланцев.

Использование прокладок на основе графита в узлах и агрегатах, работающих при температурах до 200 о С, не совсем практично. Ведь прокладки из ТРГ достаточно дорогие по сравнению с асбестовыми аналогами. При низких рабочих температурах эффективнее применять более дешевые материалы, на основе графита либо не содержащие графит.

Паронит – самый распространенный прокладочный материал. Паронит листовой ГОСТ 481-80 – получается путем вулканизации смеси асбестовых волокон (60-70%), каучука (12-15%), растворителя, минеральных наполнителей (15-18%) и серы (1.2-8.0%) и последующего вальцевания всей смеси под большим давлением. Паронит применяется для обеспечения необходимой герметичности соединений различного типа в условиях воздействия агрессивных средств, высоких температур и давления. Он начинает течь при давлении выше 320 МПа (достигается предел текучести), в результате этого все неплотные места в соединении заполняются материалом и обеспечивается герметичность. Толщина прокладки из паронита должна быть минимально возможной, однако достаточной для заполнения канавок и неровностей. Если увеличивать толщину прокладки, то повысится вероятность ее выдавливания, поэтому толстые прокладки ставить не рекомендуется. Паронит выпускается в виде листов толщиной до 6 мм. Он легко режется, рубится, можно вырезать фигурные прокладки.

^ Наименование и обозначение марки	Применяемость
	Рабочая среда	Максимально допустимые		^ Тип соединения
		давление, МПа (кгс/м 2 )	температура, °С
Паронит общего назначения ПОН*	, воздух, сухие нейтральные и инертные газы	6,4 (64)	От −50 до +450	Для неподвиж ных соединений типа «гладкие» с давлением рабочей среды не более 4 МПа (40 кгс/см 2),
		2,5 (25)	От −40 до +200	«шип-паз», «выступ-впадина» сосудов, аппаратов, насосов, арматуры, трубопроводов, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания и других агрегатов
	Жидкий кислород и азот	0,25 (2,5)	-182
		2,5 (25)	200
Паронит маслобензостойкий - ПМБ	, расплав воска	3,0 (30)	300	(40 кгс/см 2), «шип-паз», «выступ-впадина» сосудов, аппаратов, насосов, арматуры, трубопроводов, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания и других агрегатов
	Сжиженные и газообразные углеводороды С 1 -С 5	2,0 (20)	От −40 до +100
	Рассолы	10,0 (100)	От −40 до +50
	Коксовый газ	6,4 (64)	490
	Газообразный кислород и азот	5,0 (50)	150
ПМБ-1	Тяжелые и легкие нефтепродукты, масляные фракции	16,0 (160)	От −40 до +250	Для неподвижных соединений типа «гладкие» с давлением рабочей среды не более 2,5 МПа (25 кгс/см 2), «шип-паз», «выступ-впадина», сосудов, аппаратов, насосов, арматуры, трубопроводов, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания и других агрегатов
	Жидкость ВПС	16,0 (160)	От −40 до +100
	Морская вода	10,0 (100)	От −40 до +50
	Хладоны 12, 22, 114В-2	2,5 (25)	От −50 до +150
Паронит кислотостойкий ПК	Кислоты, щелочи, окислители, нитрозные и другие агрессивные газы -	2,5 (25)	250	Для неподвижных соединений типа «гладкие», «шип-паз», «выступ-впадина» сосудов, аппаратов, насосов, арматуры, трубопроводов, компрессоров и других агрегатов. В спирально навитых прокладках в качестве мягкого «наполнителя
	Органические растворители	1,0 (10)	150
Паронит, армированный сеткой ПА	Пресная перегретая вода, насыщенный и перегретый пар	10,0 (100)	450	Для неподвижных соединений типа «гладкие» с давлением рабочей среды не более 4 МПа (40 кгс/см 2), «шип-паз», «выступ-впадина» сосудов и аппаратов, насосов, арматуры, трубопроводов, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания и других агрегатов
	Нейтральные инертные, сухие газы, воздух	7,5 (75)	250
	Тяжелые и легкие нефтепродукты, масляные фракции	7,5 (75)	400
Паронит электролизерный ПЭ	Щелочи концентрацией 300–400 г/дм 3 , водород, кислород	2,5 (25)	180	Для уплотнения собираемых в батарею ячеек в электролизерах для электрической изоляции ячеек друг от друга. Минимальное давление, необходимое для герметизации соединения, 10 МПа (100 кгс/см 2) для электролизеров, работающих под давлением 0,02 МПа (0,2 кгс/см 2) и 30 МПа (300 кгс/см 2) для электролизеров, работающих под давлением 1 МПа (10 кгс/см 2)
ПОН-А	Пресная перегретая вода, насыщенный и перегретый пар	4,5 (45)	450	Для неподвижных соединений типа «гладкие» с давлением рабочей среды не более 4 МПа (40 кгс/см 2) «шип-паз», «выступ-впадина», сосудов, аппаратов, насосов, арматуры, трубопроводов, компрессоров и других агрегатов
	Водные растворы солей, жидкий и газообразный аммиак	2,5 (25)	От −40 до +150
	Тяжелые и легкие нефтепродукты	2,3 (23)	175
ПОН-Б	Пресная перегретая вода, насыщенный и перегретый пар, сухие нейтральные инертные газы	6,4 (64)	От −50 до +450
	Воздух	1,0 (10)	От −50 до +100
	Водные растворы солей, жидкий и газообразный аммиак, спирты	2,5 (25)	От −40 до +200
	Жидкий кислород и азот	0,25 (2,5)	-182
	Тяжелые и легкие нефтепродукты	2,5 (25)	200
ПОН-В	Минеральные масла и легкие нефтепродукты	4,0 (40)	150	Для уплотнения неподвижных соединений, узлов и деталей двигателей внутреннего сгорания
	Топливовоздушная смесь, воздух	1,0(10)	130
	Вода, тосол, антифриз -	4,0 (40)	130

Параметр шероховатости уплотняемых поверхностей Rz по ГОСТ 2789–73 должен быть не более 40 мкм.

Маркировка.

Пример условного обозначения паронита марки ПОН-А, толщиной 2,0 мм, шириной 500 мм и длиной 500 мм:

^ Паронит ПОН-А 2,0  500  500 ГОСТ 481-80

То же, в тропическом исполнении:

Паронит ПОН-АТ 2,0  500  500 ГОСТ 481-80

Обеспечение герметичности зависит от нескольких факторов: воздействие температур, перепады давления, качество поверхности фланцев, тщательность монтажа прокладки. Материалы с волоконной структурой и связующим каучуком имеют преимущество в обеспечении герметичности, однако могут подвести даже при недолговременных воздействиях высокой температуры. С другой стороны, металлические прокладки прекрасно себя ведут при динамических нагрузках, но могут отказать даже при несущественном нарушении правил установки. Кроме того, установка металлических и спирально-навитых прокладок требует хорошего качества поверхности фланцев, их параллельности. Всех этих недостатков лишены графитовые прокладки, которые являются действительно универсальными: устойчивы к повышенным температурам, стойки к динамическим нагрузкам, нетребовательны к поверхностям фланцев, их параллельности, и просты при монтаже. Но они довольно дороги.
^

Термическая обработка стали 45.

Назначьте режим термической обработки различных приспособлений из стали 45, которая должна иметь твёрдость HRC 28-35. Укажите микросостав и свойства стали после термической обработки.

Параметры стали 45

Сталь 45

Назначение: Вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностнй термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

^ Химический состав стали 45

Основы теории термической обработки.

Термическая (тепловая) обработка состоит в изменении структуры металлов и сплавов путем нагревания их и последующего охлаждения с той или иной скоростью; при этом достигаются существенные изменения свойств при том же химическом составе сплава.

Закалка состоит в нагреве углеродистых сталей, содержащих углерода до 0,8%, выдержке при этих температурах и охлаждении в охлаждающей среде о соответствующей скоростью охлаждения.

Стали с содержанием углерода меньше 0,25% в результате закалки свои свойства изменяют незначительно, поэтому обычно их не закаливают. Закалку применяют для увеличения твердости, прочности и износостойкости деталей, получаемых из поковок. В практике обычно закаливают рабочие части различного технологического инструмента, измерительного инструмента, тяжелонагруженные и работающие на истирание детали машин.

Нагрев стали под закалку осуществляют в горнах или нагревательных печах. Нужно следить, чтобы нагрев происходил равномерно. Чем больше углерода и легирующих элементов содержит сталь, чем массивнее деталь и сложнее ее форма, тем медленнее должна быть скорость нагрева под закалку. Продолжительность выдержки при закалочной температуре ориентировочно принимается равной 0,2 от времени нагрева. Слишком длительная выдержка при закалочной температуре не рекомендуется, так как при этом сталь теряет прочность.

Охлаждение является исключительно важной операцией закалки, так как от него практически зависит получение требуемой структуры в металле. Для этого должно быть достаточное количество охлаждающей жидкости, чтобы температура во время нахождения в ней детали повышалась незначительно. Для достижения равномерной закалки нагретую деталь надо быстро погрузить в охлаждающую жидкость и перемешать ее в жидкости до полного охлаждения. Если закаливают только конец или часть изделия (например лезвие топора), те его опускают в закалочную жидкость на требуемую глубину и перемещают вверх-вниз, так чтобы не было резкой границы скорости остывания между закаливаемой и незакаливаемой частями изделия и не появились трещины в переходной части.

Выбор охлаждающей среды зависит от марки стали, величины сечения детали и требуемых свойств, которые должна получить сталь после закалки. Стали с содержанием углерода от 0,3 до 0,6% обычно охлаждают в воде, а с большим содержанием углерода - в масле. При этом следует учитывать конфигурацию деталей и их сечение. Детали со сложной конфигурацией, с резкими переходами от малого сечения к большому и массивные детали охлаждать в воде опасно, так как на них могут появиться трещины.

При закалке стали сложным является получение желаемого двухскоростного охлаждения ее. В интервале температур 650...450°С требуется быстрое охлаждение со скоростью 20...30°С/с. Это позволяет избежать коробления и трещин. Лучшей закалочной средой была бы двухслойная жидкость, в которой верхний слой - вода с температурой 18...28°С, а нижний - машинное масло. Но, к сожалению, такую двухслойную жидкость получить нельзя, потому что масло всплывает на поверхность.

При определенном навыке можно применять следующий режим охлаждения. На несколько секунд погрузить деталь в воду, а затем быстро перенести ее в масло. Ориентировочное время охлаждения в воде до переноса в масло составляет 1... 1,5 с на каждые 5...6 мм сечения детали. Такой способ охлаждения получил название «через воду в масло» или прерывистой закалки». Ее применяют для закалки инструмента из углеродистой стали.

При большом сечении детали наружные слои охлаждаются быстрее, чем внутренние, и поэтому твердость на поверхности получается больше, чем в середине. Углеродистые стали, например стали 40 и 45, закаливаются на глубину 4...5 мм, а глубже будут частично закаленная зона и незакаленная сердцевина.

Плохая закалка может испортить почти готовые детали, т. е. привести к образованию трещин, перегреву и обезуглероживание поверхности, а также к короблению, которое в значительной степени зависит от способа и скорости погружения детали в охлаждающую жидкость.

Отпуск

Закалка - не окончательная операция термической обработки, так как после ее сталь становится не только прочной и твердой, но и очень хрупкой, а в поковке возникают большие закалочные напряжения. Эти напряжения достигают таких значений, при которых в поковках появляются трещины или детали из этих поковок разрушаются в самом начале их эксплуатации. Например, только что закаленный кузнечный молоток нельзя использовать, так как при ударах им о металл от него будут откалываться кусочки металла. Поэтому для уменьшения хрупкости, внутренних закалочных напряжений и получения требуемых прочностных свойств стали после закалки поковки подвергают отпуску.

1. 
   Высокий отпуск состоит в нагреве закаленной детали до температуры 450...650°С, выдержке при этой температуре и охлаждении. Углеродистые стали охлаждаются на воздухе, а хромистые, марганцовистые, хромокремниевые - в воде, так как медленное охлаждение их приводит к отпускной хрупкости. При таком отпуске почти полностью ликвидируются закалочные напряжения, увеличивается пластичность и вязкость, хотя заметно уменьшается твердость и прочность стали. Закалка с высоким отпуском по сравнению с отжигом, создает наилучшее соотношение между прочностью стали и ее вязкостью. Такое сочетание термообработки называют улучшением. Улучшению подвергают сильнонагруженные детали машин, изготовленные из углеродистых сталей с содержанием углерода 0,3...0,5%.
2. 
   Средний отпуск состоит в нагреве закаленной детали до температуры 300...450°С, выдержке при этой температуре и охлаждении на воздухе. При таком отпуске увеличивается вязкость стали и снимаются внутренние напряжения в ней при сохранении достаточно большой твердости. Он применяется для деталей машин, работающих в условиях трения и динамических нагружеиий.
3. 
   Низкий отпуск состоит в нагреве закаленной детали до температуры 140...250 °С и охлаждении с любой скоростью. При таком отпуске почти не уменьшается твердость и вязкость стали, но зато снимаются внутренние закалочные напряжения. После такого отпуска детали нельзя нагружать динамическими нагрузками. Чаще всего его используют для обработки режущего и измерительного инструмента из углеродистых и легированных сталей.

Рис. 1 Диаграмма состояния железо - углерод для определения температуры нагрева сталей при термической обработке.

^ Назначение режима термической обработки стали 45

Температура закалки

^ Охлаждающая среда

В этом случае применять следующий режим охлаждения. На несколько секунд погрузить деталь в воду, а затем быстро перенести ее в масло. Ориентировочное время охлаждения в воде до переноса в масло составляет 1... 1,5 с на каждые 5...6 мм сечения детали. Такой способ охлаждения получил название «через воду в масло» или прерывистой закалки.

При этом сталь 45 закаливаются на глубину 4...5 мм, а глубже будут частично закаленная зона и незакаленная сердцевина.
Отпуск

В нашем случае требования к твёрдости невысоки. Поэтому целесообразно будет применить высокий отпуск до температуры 450...650°С, выдержку при этой температуре и охлаждение на воздухе. При таком отпуске почти полностью ликвидируются закалочные напряжения, увеличивается пластичность и вязкость, хотя заметно уменьшается твердость и прочность стали.

^ Физические свойства и микроструктура стали 45 после термической обработки

По справочным данным найдём микроструктуру и свойства стали 45 после высокого отпуска:

Предел прочности: σ в = 680-770 кгс/мм2

Удлинение: δ = 14-16 %

Относительное сужение образцов при разрыве Ψ = 52-58 %. Параметр Ψ наиболее полно отражает запас пластичности стали.

Ударная вязкость: ан (КСU) =600-900 Дж/м2

Преобладающая микроструктура:

После закалки в воде углеродистая сталь 45 получает структуру мартенсита. Однако вследствие небольшой прокаливаемости углеродистой стали эта структура в изделиях диаметром более 20.25мм образуется только в сравнительно тонком поверхностном слое толщиной до 2.4 мм. Последующий отпуск вызывает превращение мартенсита в сорбит только в тонком поверхностном слое, но не влияет на структуру и свойства основной массы изделия. Сталь со структурой сорбита отпуска обладает более высокими механическими свойствами, чем та же сталь со структурой сорбита закалки или имеющая феррито-перлитную структуру.
^

Легированные стали

Для изготовления матриц штампов холодной штамповки выбрана сталь Х12Ф. Укажите состав и группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки. Опишите влияние примесей. Опишите свойства стали после термической обработки.

^ Сталь для изготовления матриц штампов.

При изготовлении деталей холодноштамповочной оснастки применяют различные стали в соответствии с назначением, условиями эксплуатации и технологией изготовления деталей штампа.

Необходимо, чтобы сталь, идущая на изготовление пуансонов и матриц штампов, обладала следующими основными свойствами:

• 
  была высокопрочной, так как в процессе работы штамп испытывает большие усилия и ударные нагрузки;
• 
  обладала высокой твердостью, потому что процесс штамповки можно выполнить лишь при условии, что твердость материала пуансона и матрицы штампа значительно больше твердости штампуемого материала;
• 
  обладала износостойкостью, так как долговечность работы вырубного штампа зависит от степени истирания его режущих кромок;

Штамповые стали должны обладать также особыми технологическими свойствами. К этим свойствам относятся:

• 
  хорошая обрабатываемость резанием и давлением (в холодном и горячем состоянии);
• 
  малая чувствительность к перегреву, т. е. возможность закалки с нагревом до высоких температур;
• 
  малая деформация деталей при термической обработке;
• 
  хорошая шлифуемость, определяющая высокий класс чистоты шлифованной поверхности и производительность шлифования.

Перечисленным требованиям отвечают лишь определенные марки инструментальных сталей

Таблица 2,1 ^ Материалы, применяемые для изготовления деталей штампов, и рекомендуемая твердость их термической обработки

Детали	Марки материала	Твердость HRC
		матрицы	пуансона
Пуансоны, матрицы и пуансон-матрицы для вырубки и пробивки. Режущий контур простой формы	У10А, X, Х12М, Х6ВФ, У8А, 8ХФ, 7X3, Х12Ф1	56-60	54-58
То же, при более сложной форме режущего контура или повышенных требованиях. Пуансон-матрицы с тонкими рабочими стенками	Х12М, Х6ВФ, Х12Ф1, 9ХВГ, 5ХВ2С	56-60	56-58
Пуансоны и матрицы зачистные	Х12М, Х6ВФ, Х12Ф1, У10А	58-62	58-62
Пуансоны и матрицы гибочные и формовочные простой формы	УЗА, 8ХФ, Х12Ф	54-58	52-56
То же, сложной формы	У10А, Х12, Х12М, Х6ВФ, Х12Ф1, ХВГ	56-60	54-58
Пуансоны и матрицы вытяжные и разбортовоч-ные	У10А	58-62	56-60
То же, для вытяжки изделий из нержавеющих сталей	Чугун СЧ 32-52, СЧ 28-48
Пуансоны и матрицы для листовой чеканки простой формы	У8А, 8ХФ, Х12Ф, Х12Ф1	54-58	54-58
То же, сложной формы	Х12М, Х6ВФ, 9ХС, ХВГ, Х12Ф1	54-58	54-58
Плиты блоков	Чугун СЧ 24-44, стальное литье 40Л, Ст4
Колонки и втулки направляющие	Сталь 20	Цементировать на глубину 0,5-0,8 мм 58-62
То же, для шариковых направляющих	ШХ15, ШХ9	60-64
Съемники, направляющие	Сталь 45, 40	-
Съемники, пуансонодержатели, матрицедержа-тели, обоймы составных матриц, лотки	Ст4, СтЗ
Выталкиватели к штампам совмещенного действия, планки направляющи	Сталь 45, 40	40-45 (цементировать)
Плиты подкладные	У8, У7	40-45
Хвостовики	Сталь 35, Ст 4
Толкатели, винты ступенчатые и крепежные, буферные шпильки, звездочки	Сталь 45, Сталь 40	40-45 (резьбу не калить)
Штифты, фиксаторы, ловители, выталкиватели, прижимы гибочных штампов	У8, У7	50-54
Упоры временные, грибковые, утопающие	Сталь 45, Ст6	40-45
Ножи шаговые	У10А, У10	54-58
Складкодержатели вытяжных штампов	У10А, У10	58-62
Прокладки резиновые для съемников прижимов и буферов	Резина средней твердости 2859, 56 и 922
Прокладки резиновые для съемников штампов сложной конструкции	Резина твердая 2462, 3465-Н-У

Хромированием достигается упрочнение новых и восстановление изношенных деталей штампов из углеродистых сталей. Толщина хромового покрытия от 3 мкм и выше. При восстановлении изношенных деталей допускается нанесение слоя хрома до 50-60 мкм.

После хромирования детали проходят термическую обработку в масляной ванне при нагреве до 170-180° С в течение 2 ч.

^ Классификация стали Х12Ф по назначению:

Сталь Х12Ф – инструментальная. Применяется для изготовления штамповок и пуансонов простой формы.

Маркировка легированных сталей

Маркировка легированных сталей производится по принципу буквенно-цифрового обозначения. Используются буквы русского алфавита.

^ А – азот N (если в середине маркировки) А – в начале маркировки – автоматная сталь А – в конце маркировки – сталь высококачественная Б – ниобий Nb В – вольфрам W Г – марганец Mn Д – медь Cu Е – селен Sc К – кобальт Co Л – литая сталь (в конце марки) М – молибден Mo

П – фосфор P Р – бор B С – кремний Si Н – никель Ni Т – титан Ti Ф – ванадий V Х – хром Cr Ц – цирконий Zr Ч – редкоземельный металл (РЗМ) Ю – алюминий Ш – в начале маркировки – сталь шарикоподшипниковая Ш – в конце маркировки – сталь особовысококачественная

Первая цифра которая стоит в маркировке показывает содержание углерода:

Инструментальные стали – в десятых долях процента углерода (если больше 1%, то углерод может не указываться);

Цифра после буквы, обозначающей легирующий элемент, указывает на содержание данного легирующего элемента в целых процентах; отсутствие цифры указывает, что легирующий элемент содержится в количестве ~ 1,0 – 1,5% и менее.

Исключение. Если у следующих букв – V, Mo, W, Ti, N обозначающих легирующий элемент нет цифр, то: V, Mo, W ≈ 0,2-0,4%; Ti ≈ 0,03-0,09%; N ≈ 0,015-0,025%.

Соответственно для стали Х12Ф определяется следующий состав:

Углерод С: более 1%

Хром Cr : 12%

Ванадий V : 0,2-0,4%

Более точный состав определим по справочным данным.

^ Режим термической обработки и свойства стали после обработки.

Т. к. данная сталь будет использоваться при штамповке (требуется высокая прочность и хорошая теплостойкость), то целесообразно применять азотирование.

Азотирование - насыщение поверхности слоя стали азотом при температуре 480-620° С в течение 10-60 ч. ^ Азотированный слой достигает глубины 0,5- 0,8 мм и твердости до HRC68-70. При этом приобретаемая твердость сохраняется даже при нагреве до 550° С. После азотирования детали не требуют последующей термической обработки, не деформируются и получают высокую коррозионную стойкость.

Хром и ванадий легко образуют с азотом твердые химические соединения.

Процесс азотирования происходит следующим образом. Детали загружают в плотно закрывающийся муфель, который помещают в электрическую печь. По трубке в муфель подают аммиак (NH3), предварительно пропущенный через поглотитель влаги. Температуру в печи поднимают до 500-600° С. При этих температурах аммиак диссоциирует (разлагается) на азот и водород и образовавшийся атомарный азот поглощается поверхностными слоями металла деталей.

Насыщение стали азотом при обычных условиях азотирования протекает чрезвычайно медленно. Для образования азотированного слоя глубиной 0,1 мм требуется ориентировочно около 10 часов. Поэтому для ускорения процесса азотирования используют двухступенчатый нагрев: детали выдерживают сначала при температуре 510-520° С, а затем нагревают до 550-600° С и выдерживают при этой температуре от 8 до 20 ч, в зависимости от глубины слоя. При двухступенчатом нагреве общая продолжительность азотирования сокращается в 1,5-2 раза.

По окончании азотирования детали медленно (со скоростью 200-300° С в час) охлаждают до температуры 200-250° С для того, чтобы в металле не осталось внутренних напряжений. Охлаждение, как и нагрев, производят в закрытой печи, в атмосфере аммиака во избежание окисления поверхности металла.

Если необходимо азотировать только часть поверхности детали, то места, не подлежащие азотированию, покрывают гальваническим способом слоем олова. Олово должно быть нанесено тонким слоем 10-15 мкм.

Азотированию подвергают не всякую сталь. Поскольку требуется высокая и устойчивая твердость поверхностного слоя стали, то азотирование к углеродистой инструментальной стали не применяется. Это объясняется тем, что железо с азотом дает очень непрочные, легко распадающиеся при нагреве нитриды.

Азотирование обычно выполняют на завершающей стадии обработки деталей. После него выполняются лишь чистовое шлифование и полирование рабочих поверхностей. Если к деталям оснастки применяется термообработка, то ее выполняют обязательно до азотирования, причем температура отпуска должна быть выше температуры азотирования, иначе при азотировании деталь может получить деформацию. Для деталей, подвергающихся перед азотированием высокому отпуску, температура азотирования не должна превышать 650° С.
^ Взаимодействие легирующих элементов с железом и углеродом

По взаимодействию с железом, легирующие элементы делятся на три группы:

1. Легирующие элементы, отличающиеся слабым взаимодействием с железом. Такие легирующие элементы либо вообще не взаимодействуют с железом, либо образуют твердые растворы очень малых концентраций. Например, Pb, K, S. Такие легирующие элементы располагаются, как правило, по границам зерен, ухудшая тем самым связь между ними. В результате прочностные свойства падают, но улучшается обрабатываемость резанием (автоматная сталь).

2. Легирующие элементы, отличающиеся образованием с железом твердых растворов. Как правило, увеличивается прочность и твердость, но вместе с этим одновременно понижается пластичность и вязкость. Образование твердых растворов может идти по типу замещения или внедрения. Растворы замещения образуют легирующие элементы – металлы, а твердые растворы внедрения образуют легирующие элементы – неметаллы (B, N). Образование твердых растворов внедрения особенно сильно увеличивает твердость и понижает пластичность. Лишь один легирующий элемент увеличивает прочность, пластичность, вязкость и одновременно снижает порог хладноломкости – это Ni.

3. Образование интерметаллидов. При образовании легирующими элементами химических соединений с железом, образуются интерметаллидные фазы: FeCr, FeAl. Это приводит к резкому увеличению прочности и твердости, но одновременно снижает вязкость и пластичность.

По взаимодействию с углеродом, легирующие элементы делятся на две группы:

Карбидообразующие. К ним относят Cr, W, Ti, Mo. К не карбидообразующим относят Ni, Al, Cu, Si, Mn. Карбиды относятся к фазам внедрения, поэтому их появление в сталях вызывает резкое увеличение прочности и твердости, с одновременным снижением вязкости и пластичности.

Влияние легирующих элементов на фазовые превращения при термообработке.

Введение легирующих элементов изменяет положение кривых на диаграмме изотермического превращения аустенита.

Практически все легирующие элементы смещают кривые вправо. И только один элемент является исключением, действует наоборот – это Co. Из-за смещения кривых вправо, изменяется критическая скорость охлаждения при закалке.

При содержании легирующих элементов более 15-20%, интервал перлитного превращения смещается вправо настолько, что при охлаждении на воздухе превращение не наступает вовсе. Начало и конец мартенситного превращения смещается в область отрицательных температур. В результате структура стали сохраняется при любых температурах. Такую сталь называют сталью Аустенитного класса.

Наличие легирующих элементов в стали делает более устойчивым закаленное состояние, т.е. мартенсит сохраняется при нагревании в процессе отпуска до более высоких температур. Так, если в обычной углеродистой стали мартенсит превращается в троостит уже при нагревании до 250º С, то в легированных сталях мартенсит может сохраняться до температур 450-550º С. Это позволяет использовать такую сталь при работе, например, с более высокими скоростями резания, или в качестве инструмента для штамповки.

Т.к. при термообработке мы нагреваем сталь до температуры 480-620ºС, то после азотирования получим троостит.

Бронза

Назначьте марку алюминиевой бронзы для изготовления мелких ответственных деталей (втулки, фланцы и т.п.). Расшифруйте состав.Опишите свойства и структуру стали используя диаграмму состояний медь-алюминий.

Для изготовления мелких ответственных деталей (направляющих втулок, клапанов, шестерён, фланцев) используют бронзу марки БрАЖН 10-4-4

Маркировка

Бронза - сплав меди с оловом, алюминием, кремнием, бериллием и другими элементами, за исключением цинка. В зависимости от легирования бронзы называют оловянными, алюминиевыми, кремневыми, бериллиевыми и т.д.

Марку бронз составляют из букв «Бр», характеризующих тип сплава (бронза), букв, указывающих перечень легирующих элементов в нисходящем порядке их содержания, и цифр, соответствующих их усредненному количеству в процентах. Например: маркой Бр. ОЦС4-4-2,5 обозначают бронзу, содержащую 4% олова, 4% цинка, 2.5% свинца и 89,5% меди (100-(4+4+2.5)=89,5%).

Бронза БрАЖН 10-4-4:

Алюминий 10%

Свойства:

T плавл = 1084°С

T литья =1150-1180°С

^ АЛЮМИНИЕВЫЕ БРОНЗЫ

По распространенности в промышленности алюминиевые бронзы занимают одно из первых мест среди медных сплавов. В меди растворяется довольно большое количество алюминия: 7,4% при 1035 °С, 9,4% при 565 °С и около 9% при комнатной температуре.С увеличением содержания алюминия прочностные свойства сплавов повышаются. Оптимальными механическими свойствами обладают сплавы, содержащие 5...8% А1. Наряду с повышенной прочностью они сохраняют высокую пластичность.

Алюминиевые бронзы по сравнению с оловянными имеют следующие преимущества:
1) меньшую склонность к дендритной ликвации;
2) большую плотность отливок;
3)лучшую жидкотекучесть;
4) более высокую прочность и жаропрочность;
5) более высокую коррозионную и противокавитационную стойкость; .....
6) меньшую склонность к хладноломкости.
Кроме того, алюминиевые бронзы не дают искр при ударе.
Недостатки алюминиевых бронз:
1) значительная усадка при кристаллизации
2) склонность к образованию крупных столбчатых кристаллов;
3) сильное окисление в расплавленном состоянии, при котором образуются оксиды алюминия, приводящие к шиферному излому в деформированных полуфабрикатах;
4) вспенивание расплава при заливке в форму;
5) трудность пайки твердыми и мягкими припоями;
6) недостаточная коррозионная стойкость в перегретом паре.

Добавка в бронзу никеля, железа, марганца повышает ее сопротивление коррозии и улучшает механические свойства. Например, бронза Бр. АЖН 10-4-4 в результате закалки в воде при температуре 920° С и последующего отпуска при температуре 650° С имеет σ в = 700 Мн/м 2 (70 кГ/мм 2) и НВ 200-250.

^ Диаграмма состояний Cu-Al

0,05
0,5
7
10
20
30

Из диаграммы состояния А1 - Сu следует, что наибольшая рас-творимость меди в алюминии наблюдается при 548°, когда она составляет 5,7%; при понижении температуры растворимость меди в алю-минии уменьшается и при комнатной температуре составляет 0,5%. Если сплавы с содержанием меди от 0,5 и до 7% подвергнуть за-калке с нагревом выше температур фазовых превращений (например, выше точки 5 на диаграмме состояния сплавов А1 - Сu), то сплав перейдет в однородный твердый раствор а. После закалки в сплаве будет протекать распад твердого раствора, сопровождающийся выделением избыточной фазы высокой степени дисперсности. Такой фазой в сплавах А1 - Сu, является твердое и хрупкое хими-ческое соединение СuА1 2 .

Лабораторная работа №1

Тема: ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ 45.

Цель работы . Получить практические навыки проведения термической обработки углеродистой стали и последующего контроля, изучить влияние различных режимов обработки на структуру и твердость стали.

Задание.

1.Определить твердость образцов углеродистой стали в исходном (отожженном) состоянии.

2.Провести термическую обработку образцов согласно заданиям таблицы, приведенной в конце работы.

3.Определить твердость после закалки.

4.Провести отпуск закаленных образцов при температурах 200, 400, 600 0 С.

5.Определить твердость образцов после каждого отпуска.

6.Результаты измерения занести в графы 5, 6 таблицы.

7.По полученным результатам построить графики зависимости:

а) твердости от температуры нагрева;

б) твердости от скорости охлаждения;

в) твердости от температуры отпуска.

8.Исследовать и зарисовать микроструктуры образцов после термической обработки.

9.На схемах микроструктур стали по результатам полученной твердости указать режимы термической обработки.

10.Написать отчет по работе в соответствии с пунктами задания и по полученным графическим зависимостям сделать выводы.

Приборы, материалы, инструменты.

Для выполнения работы необходимо:

Печи с термоэлектрическими пирометрами (950°С, 850°С, 750°С, 600°С, 400°С, 200°С);

Твердомеры по Роквеллу (с алмазным конусом и со стальным закаленным шариком) и твердомер по Бринеллю с микроскопом по Бринеллю;

Металлографические микроскопы;

Баки с водой и баки с маслом;

Образцы стали 45;

Шлифовальная бумага;

Комплекты наборов микрошлифов со структурой мартенсит, троостит, сорбит, мартенсит + феррит, видманштеттовая структура.

Методика проведения эксперимента.

При выполнении лабораторной работы каждый студент (15 студентов) с определенными режимами термической обработки и проводит их согласно экспериментальной таблице. Полученные экспериментальные данные сводятся в экспериментальную таблицу. После заполнения всех колонок таблицы строятся графики зависимости (твердости от температуры нагрева, твердости от температуры отпуска, твердости от скорости охлаждения).

Теория .

Термообработка заключается в нагреве детали до определенной температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении с той или иной скоростью. При этом происходит изменение структуры, а, следовательно, механических и технологических свойств обрабатываемой детали.

При нагревании и охлаждении в железоуглеродистых сплавах происходят превращения при определенных температурах, называемых критическими точками. При нагревании их принято условно обозначать Ас 1 , Ас 3 , Ас m . Превращения в сталях при нагревании носят кристаллизационный характер, т.е. при этом происходит образование центров зародышей и последовательный их рост. Исходная структура всех сталей представляет собой смесь двух фаз – феррита и цементита.

При медленном нагревании до температур ниже линии PSK никаких превращений в стали, не происходит. При дальнейшем нагревании в доэвтектоидных сталях происходит постепенное растворение феррита в аустените. При температуре выше линии GSE стали, будут иметь однородную структуру – аустенит.

При медленном охлаждении эвтектоидной стали, аустенит превращается в перлит (смесь феррита и цементита). Это превращение носит диффузионный характер, т.е. углерод, выделяясь из аустенита, образует зародыши цементитовых включений, число которых и последовательный рост зависят от степени переохлаждения.

В зависимости от степени охлаждения аустенита можно получить следующие продукты его распада: перлит – крупнозернистая смесь феррита и цементита; троостит – высокодисперсная мелкозернистая смесь феррита и цементита. При больших степенях переохлаждения аустенита диффузионное превращение прекращается, образование цементита становится невозможным и поэтому образуется структура мартенсит (перенасыщенный твердый раствор – внедрение углерода в α-Fe).

Основными видами термической обработки являются: отжиг, нормализация, закалка и отпуск (рис.4.1)

Рис.4.1 Левый угол диаграммы состояния Fe – Fe 3 C и температурные области нагрева при термической обработке сталей (а); схема режимов отжига, закалки, отпуска и нормализации сталей (б).

Отжиг первого рода (рекристализационный отжиг) – подготовительная операция термической обработки. Цель отжига 1 рода – устранение химической и физической неоднородности сплава, созданной предшествующими обработками. В результате нагрева детали до температур ниже фазовых превращений, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении понижаются прочность, и твердость стали, повышаются ее пластичность и вязкость, улучшается обрабатываемость резанием.

К отжигу 1 рода относятся:

диффузионный отжиг – применяется для слитков легированной стали с целью уменьшения дендритной ликвации (снижающей пластичность и вязкость стали и увеличивающей склонность и вязкость стали и увеличивающей склонность стали к хрупкому разрушению); температура нагрева составляет 1100-1200 0 С;

- рекристализационный отжиг – применяется перед или после холодной обработки стали давлением для уничтожения нагартовки (наклепа) металла; температура рекристаллизационного отжига любого металла должна быть выше температуры рекристаллизации данного металла. Например, для стали, температура рекристаллизации и отжига на 150-250 0 С выше температуры рекристаллизации и обычно составляет 680-700 0 С;

-отжиг для снятия остаточных напряжений – применяется для отливок, сварных изделий, детали после обработки резанием или давлением, в которых в процессе предшествующих технологических операций из-за неравномерного охлаждения или неоднородной пластической деформации возникли остаточные напряжения, вызывающие изменение размеров, коробление и поводку в процессе его обработки или эксплуатации. Температура данного отжига 660-700 0 С.

Цель отжига II рода – выровнять химический состав детали, получить мелкозернистую равновесную структуру, снять внутренние напряжения, повысить пластичность и понизить твердость, улучшить условия обрабатываемости резанием.

К отжигу II рода относятся:

Полный отжиг (полная фазовая перекристаллизация)- применяется, для доэвтектоидной стали (поковки, штамповки, прокат, слитки и фасонные отливки из углеродистой и легированной стали) с целью измельчения зерна и получения высокой пластичности и вязкости. Сталь нагревают на 30-50 0 С выше критической точки Ас 3 , выдерживают при этой температуре и медленно охлаждают. При нагреве из исходной феррито-перлитной структуры образуется аустенит с мелким зерном, который при последующем медленном охлаждении превращается в мелкозернистую ферритно-перлитную структуру. Нагрев стали, до температуры на 100-150 0 С выше точки Ас 3 приводит к росту зерна аустенита. При дальнейшем охлаждении у такой стали, будет образовываться крупнокристаллическая ферритно-перлитная структура – ‘’видманштет’’ с низкой пластичностью и вязкостью, и будет являться браком отжига. Сталь, имеющая структуру «видманштет», называется перегретой. Структура перегретой стали, может быть устранена путем проведения полного отжига по оптимальному режиму. Нагрев стали до температур, лежащих несколько ниже линии солидус, приводит к ‘’пережогу’’ стали, т.е. к неисправимому браку, вследствие чего происходит, выгорание углерода из стали, пограничное оплавление и окисление зерна, нарушение связи между зернами;

(неполная фазовая перекристаллизация) применяется для заэвтектоидных сталей путем нагрева детали до температуры выше критической точки Ас 1 на 10-30 0 С, выдержки при этой температуре и последующего медленного охлаждения. В результате из исходной структуры цементит+перлит при нагреве образуется цементит+аустенит, и после охлаждения цементит+перлит (зернистый). Если же нагреем до температур выше критической точки Ас 1 на +30-50 0 С, то образуется перлит (пластинчатый). Сталь с зернистым перлитом имеет более низкую твердость, прочность, более высокую пластичность, лучше обрабатывается резанием по сравнению со сталью с пластинчатым перлитом.

Нормализация – промежуточный процесс термической обработки между отжигом и закалкой. В зависимости от химического состава стали, нормализацию применяют иногда вместо отжига или закалки. Нормализация отличается от отжига повышенной скоростью охлаждения (на стойком или движущемся воздухе). Процесс нормализации заключается, в нагреве стали выше критических температур Ас з (доэвтектоидной стали), Ас m (заэвтектоидные стали) на 30-50 0 выдержке при этой температуре и охлаждении на воздухе. Структура стали после нормализации: перлит+феррит (доэвтектоидные стали) или перлит+цементит (заэвтектоидные стали) и некоторое количество сорбита или троостита. Присутствие сорбита и троостита в структуре средне- и высокоуглеродистой стали, повышает твердость и прочность на 10-15%; для низкоуглеродистой стали, нормализацию применяют вместо отжига.

Закалка применяется с целью увеличения твердости, прочности, износостойкости стали. Эта термическая обработка заключается, в нагреве стали выше критической точки превращения, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении и скоростью охлаждения выше критической. Для доэвтектоидных сталей проводят полную закалку, сопровождающуюся полной фазовой перекристаллизацией. Температура нагрева Ас з + (30-50 0 С): феррит + перлит

нагрева

аустенит

охлаждается в воде

получается структура мартенсит закалки. Для заэвтектоидных сталей проводят неполную закалку – неполная фазовая перекристаллизация. Температура нагрева Ас 1 + (30-50 0 С): перлит + цементит

нагрев

аустенит + цементит

охлаждение в воде

получается мартенсит закалки + цементитII.

Цементит II увеличивает, износостойкость стали.

Охлаждение может проводиться с применением различных закалочных сред: воды, масла, расплавленных солей, растворов солей, кислот, щелочей, водорастворимых полимеров, воздуха. В зависимости от скорости охлаждения при закалке образуются три структуры: мартенсит, троостит и сорбит.

Мартенсит (назван в честь немецкого металловеда Мартенса) получают при скорости охлаждения 180-200 град/с – пересыщенный твердый раствор углерода в Fe. Это продукт начальной стадии распада аустенита, когда углерод при высокой скорости охлаждения не успевает, выделится в виде цементита при переходе FeвFe в виде пересыщенного раствора. Мартенсит закалки имеет неравновесную структуру, тетрагональную решетку, игольчатое строение, высокую твердость и характеризуется наличием внутренних напряжений (НВ 500-600). Мартенсит имеет самую низкую плотность, при нагревании неустойчив и переходит в другие структуры.

Наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит, называется критической скоростью закалки. Мартенсит имеет игольчатое строение и высокую твердость (НВ 650). Мартенситное превращение происходит в интервале температур Мн-Мк (где Мн – начало, а Мк – конец мартенситных превращений), которые определяются, содержанием углерода в стали (рис. 4.2.).

Рис. 4.2 Микроструктура крупноигольчатого мартенсита (М) и остаточного аустенита (Аост) стали (1,6%С), закаленной от температуры нагрева 1100 о С в воде (х500) (а); микроструктура мелкоигольчатого мартенсита стали с 0,5%С (х500) (б)

Троостит (назван в честь французского химика Труста) - продукт распада аустенита при скорости охлаждения 80-100 град/с. Троостит представляет механическую смесь феррита + цементита высокой дисперсности, так как при такой скорости охлаждения аустенит при переходе FeвFe распадается с образованием феррита и цементита, но рост зерен этих структур затруднен (НВ 400). Пластинчатые строения (рис. 4.3.).

Рис. 4.3 Структура троостита х100

Сорбит (назван в честь английского ученого Сорби) – продукт распада аустенита при скорости охлаждения 50 град/с. Так же, как и троостит, является смесью феррита и цементита, но зерна феррита и цементита в сорбите в 10 раз крупнее, чем в троостите, так как при меньшей скорости охлаждения зерно успевает расти. Структура сорбита более вязкая, пластичная, но менее твердая (НВ 300). Пластинчатое строение (рис.4.4).

Рис. 4.4 Структура сорбита х100

Отпуск.

Отпуск является окончательной операцией термической обработки; цель – уменьшение закалочных напряжений и получение заданных механических свойств стали (твердости, прочности, пластичности). Сталь нагревают до температуры ниже Ас 1 , выдерживают при заданной температуре, а затем охлаждают с определенной скоростью (обычно на воздухе). В зависимости от температуры нагрева закаленной стали, отпуск бывает низкий, средний и высокий.

Низкий отпуск проводят при нагреве до 200-250 0 С с целью получения мартенсита отпуска и снятия части внутренних напряжений при сохранении твердости. НВ 580-630 с некоторым повышением прочности и вязкости. Низкому отпуску подвергают большинство деталей, мерительный и режущий инструменты (рис.4.5).

Рис.4.5 Микроструктура мартенсита отпуска при 120 о С х1500

Средний отпуск проводят при нагреве до 350-500 0 С с целью получения троостита отпуска и получения высокого предела упругости и некоторого повышения вязкости. Средний отпуск применяют при получении полуфабрикатов для изготовления пружин, рессор, кузнечных штампов. Троостит отпуска имеет зернистое строение с более высокими значениями механических характеристик, чем пластинчатый (рис. 4.6).

Рис. 4.6 Микроструктура троостита отпуска при 370 о С х1500

Высокий отпуск проводят при нагреве до 500-600 0 С с целью получения сорбита отпуска и получения лучшего соотношения между прочностными и пластическими свойствами. Его используют для многих деталей (осей автомобилей, шатунов двигателей и т.д.). Сорбит отпуска имеет зернистое строение с более высокими значениями механических характеристик, чем пластинчатое (рис.4.7).

Рис.4.7 Микроструктура сорбита отпуска при 600 о С х1500

Экспериментальная часть:

1.Измеряют исходную твердость 15 образцов углеродистой стали.

2.Образцы помещают в печь, нагретую до температуры закалки, для стали данной марки и выдерживают в печи требуемое время.

3. Затем часть образцов охлаждают в воде, часть в масле при энергичном непрерывном движении их в охлаждающейся жидкости, часть оставляют охлаждаться на воздухе.

4.Три образца после закалки помещают в печи с температурой 200,400,600 0 С для проведения отпуска, затем охлаждают на воздухе.

5.После закалки и отпуска твердость измеряют на приборе Роквелла (шкала С) алмазным конусом при нагрузке 150 кг (1500Н), и эти значения переводят в НВ (до измерения оба торца зачистить на шлифовальной шкурке для снятия окалины). Полученные результаты записывают в графы 6,7 таблицы.

6.По полученным данным нужно построить графики зависимостей НВ = f(Т нагр.); НВ=f(V охл.); НВ=f(Т отп.) и сделать выводы о влиянии различных режимов термической обработки на механические свойства.

7.Просмотреть, охарактеризовать и схематично зарисовать в тетради микроструктуру шлифов, предложенных образцов стали. Под каждым рисунком указать марку стали, структуру, твердость, режим термической обработки. Дать определение закалки и отпуска.

Приложение 1.

		Охла-щая среда		Твердость, после термической обработки			Предполагаемая структура	терм. обраб-и

Выводы по работе .

Сделать выводы по каждому построенному графику зависимости.

Вопросы для самопроверки.

1.В каком случае образуется структура видманштет?

2.Как строится диаграмма изотермического превращения аустенита?

3.Какая структура имеет большую плотность: аустенитная или мартенситная и почему?

4.Как влияет температура нагрева, на структуру и свойства стали?

5.Что такое отпускная хрупкость?

6.В чем сущность процесса старения?

7.Параметры, характеризующие термическую обработку?

8.Назначение предварительной и окончательной термических обработок.

9.Чем отличается, чугун от стали?

10.Как изменяются, механические свойства стали после отжига, нормализации, закалки и отпуска?

11.Какие требования предъявляются к закалочным средам?

12.Какие стали, подвергаются закалке?

13.Какой вид брака, при закалке наблюдается наиболее часто и на каком этапе технологического процесса?

14.Какова основная цель проведения отпуска?

15.Для каких сталей отжиг можно заменить более дешевой обработкой - нормализацией?

16.В чем заключается, поверхностная закалка стали и как она проводится?

17.Какие напряжения при термообработке приводят к деформации образца?

Вопросы СРС.

1. Фазовые превращения в сплавах железа.

2. Диаграмма изотермического распада аустенита.

Литература.

1. Гуляев А.П. Металловедение. М.:Металлургия, 1977, - 647с.

2. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. М.: Металлургия, 1989, - 384с.

3. Солнцев Ю.П. Металловедение и технология металлов. М.:Металлур­гия, 1988, -512с.

4. Арзамасов Б.Н. Материаловедение. М.:Металлургия, 1986, - 540 с.

5. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1983, - 407с.

6. Лахтин Ю.М., Леонтьева Е.П. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990, - 528с.

Лабораторная работа №2

Тема: ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДЮРАЛЮМИНА Д16.

Цель работы : Изучить особенности термической обработки цветных металлов и сплавов.

Задание.

Определить твердость образцов дюралюмина в исходном (отожженном) состоянии.

Провести термическую обработку дюралюмина согласно заданиям таблицы 2.

Определить твердость после закалки.

Провести искусственное старение при температуре 300°С.

Определить твердость после старения.

По полученным результатам построить график зависимость твердости от термической обработки дюралюмина.

Приборы, материалы и инструменты.

Муфельная печь, экспериментальные образцы дюралюмина, закалочные баки с водой, твердомер Бринелля, микроскоп твердомера Бринелля.

Методика проведения лабораторной работы.

Измеряют исходную твердость образцов дюралюмина на твердомере Бринелля. Проводят закалку, определяют твердость после закалки. Проводят искусственное старение закаленных образцов, измеряют твердость после старения. По полученным результатам строят график зависимости твердости от термообработки.

Теория.

1.Состав, свойства, маркировка и применение дюралюмина.

Дюралюмином называют сплавы системы алюминий (Al) – медь (Cu) – магний (Mg), в которые дополнительно вводят марганец (Mn). В качестве примесей в дюралюмине присутствуют железо (Fe) и кремний (Si). Эти элементы присутствуют в сплаве вследствие применения недостаточно чистого алюминия. Состав и свойства некоторых марок дюралюмина представлены в табл.1. Там же для сравнения приведены механические свойства алюминия высокой чистоты (А995).

Основой дюралюмина является алюминий, который сообщает сплаву ценное свойство – малую плотность, (плотность дюралюмина почти в три раза меньше плотности стали: соответственно 2,8 и 7,8 г/см 3). Медь и магний, вступая в химическое взаимодействие с алюминием и образуя так называемые упрочняющие фазы S(CuMgAl 2) T(CuMg 5 Al 5), способствуют увеличению прочности сплава по сравнению с чистым алюминием (см. табл.1). Фазы S и Т представляют собой твердый раствор алюминия в химическом соединении; указанном в скобках. Марганец повышает стойкость дюралюминия против коррозии. Железо и кремний – вредные примеси. Образуя ряд химических соединений компонентами сплава, они снижают его прочность и пластичность, также эффект упрочнения при старении. Содержание этих элементов в дюралюминии не должно превышать 0,5-0,7%.

Технологии придания большей твердости металлам и сплавам совершенствовались в течение долгих веков. Современное оборудование позволяет проводить термическую обработку таким образом, чтобы значительно улучшать свойства изделий даже из недорогих материалов.

Закалка стали и сплавов

Закалка (мартенситное превращение) — основной способ придания большей твердости сталям. В этом процессе изделие нагревают до такой температуры, что железо меняет кристаллическую решетку и может дополнительно насытиться углеродом. После выдержки в течение определенного времени, сталь охлаждают. Это нужно сделать с большой скоростью, чтобы не допустить образования промежуточных форм железа.
В результате быстрого превращения получается перенасыщенный углеродом твердый раствор с искаженной кристаллической структурой. Оба эти фактора отвечают за его высокую твердость (до HRC 65) и хрупкость.
Большинство углеродистых и инструментальных сталей при закаливании нагревают до температуры от 800 до 900С, а вот быстрорежущие стали Р9 и Р18 калятся при 1200-1300С.

Микроструктура быстрорежущей стали Р6М5: а) литое состояние; б) после ковки и отжига;
в) после закалки; г) после отпуска. ×500.

Режимы закалки

• Закалка в одной среде

Нагретое изделие опускают в охлаждающую среду, где оно остается до полного остывания Это самый простой по исполнению метод закалки, но его можно применять только для сталей с небольшим (до 0,8%) содержанием углерода либо для деталей простой формы. Эти ограничения связаны с термическими напряжениями, которые возникают при быстром охлаждении — детали сложной формы могут покоробиться или даже получить трещины.

• Ступенчатая закалка

При таком способе закалки изделие охлаждают до 250-300С в соляном растворе с выдержкой 2-3 минуты для снятия термических напряжений, а затем завершают охлаждение на воздухе. Это позволяет не допускать появления трещин или коробления деталей. Минус этого метода в сравнительно небольшой скорости охлаждения, поэтому его применяют для мелких (до 10 мм в поперечнике) деталей из углеродистых или более крупных — из легированных сталей, для которых скорость закалки не столь критична.

• Закалка в двух средах

Начинается быстрым охлаждением в воде и завершается медленным — в масле. Обычно такую закалку используют для изделий из инструментальных сталей. Основная сложность заключается в расчете времени охлаждения в первой среде.

• Поверхностная закалка (лазерная, токами высокой частоты)

Применяется для деталей, которые должны быть твердыми на поверхности, но иметь при этом вязкую сердцевину, например, зубья шестеренок. При поверхностной закалке внешний слой металла разогревается до закритических значений, а затем охлаждается либо в процессе теплоотвода (при лазерной закалке), либо жидкостью, циркулирующей в специальном контуре индуктора (при закалке током высокой частоты)

Отпуск

Закаленная сталь становится чрезмерно хрупкой, что является главным недостатком этого метода упрочнения. Для нормализации конструкционных свойств производят отпуск — нагрев до температуры ниже фазового превращения, выдержку и медленное охлаждение. При отпуске происходит частичная «отмена» закалки, сталь становится чуть менее твердой, но более пластичной. Различают низкий (150-200С, для инструмента и деталей с повышенной износостойкостью), средний (300-400С, для рессор) и высокий (550-650, для высоконагруженных деталей) отпуск.

Таблица температур закалки и отпуска сталей

№ п/п	Марка стали	Твёрдость (HRCэ)	Температ. закалки, град.С	Температ. отпуска, град.С	Температ. зак. ТВЧ, град.С	Температ. цемент., град.С	Температ. отжига, град.С	Закал. среда	Прим.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Сталь 20	57…63	790…820	160…200		920…950		Вода
2	Сталь 35	30…34	830…840	490…510				Вода
		33…35		450…500
		42…48		180…200	860…880
3	Сталь 45	20…25	820…840	550…600				Вода
		20…28		550…580
		24…28		500…550
		30…34		490…520
		42…51		180…220					Сеч. до 40 мм
		49…57		200…220	840…880
		<= 22					780…820		С печью
4	Сталь 65Г	28…33	790…810	550…580				Масло	Сеч. до 60 мм
		43…49		340…380					Сеч. до 10 мм (пружины)
		55…61		160…220					Сеч. до 30 мм
5	Сталь 20Х	57…63	800…820	160…200		900…950		Масло
		59…63		180…220	850…870	900…950		Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
		«—					840…860
6	Сталь 40Х	24…28	840…860	500…550				Масло
		30…34		490…520
		47…51		180…200					Сеч. до 30 мм
		47…57			860…900			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
		48…54							Азотирование
		<= 22					840…860
7	Сталь 50Х	25…32	830…850	550…620				Масло	Сеч. до 100 мм
		49…55		180…200					Сеч. до 45 мм
		53…59		180…200	880…900			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
		< 20					860…880
8	Сталь 12ХН3А	57…63	780…800	180…200		900…920		Масло
		50…63		180…200	850…870			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
		<= 22					840…870		С печью до 550…650
9	Сталь 38Х2МЮА	23…29	930…950	650…670				Масло	Сеч. до 100 мм
		<= 22		650…670					Нормализация 930…970
		HV > 670							Азотирование
10	Сталь 7ХГ2ВМ	<= 25					770…790		С печью до 550
		28…30	860…875	560…580				Воздух	Сеч. до 200 мм
		58…61		210…230					Сеч. до 120 мм
11	Сталь 60С2А	<= 22					840…860		С печью
		44…51	850…870	420…480				Масло	Сеч. до 20 мм
12	Сталь 35ХГС	<= 22					880…900		С печью до 500…650
		50…53	870…890	180…200				Масло
13	Сталь 50ХФА	25…33	850…880	580…600				Масло
		51…56	850…870	180…200					Сеч. до 30 мм
		53…59		180…220	880…940			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
14	Сталь ШХ15	<= 18					790…810		С печью до 600
		59…63	840…850	160…180				Масло	Сеч. до 20 мм
		51…57		300…400
		42…51		400…500
15	Сталь У7, У7А	НВ <= 187					740…760		С печью до 600
		44…51	800…830	300…400				Вода до 250, масло	Сеч. до 18 мм
		55…61		200…300
		61…64		160…200
		61…64		160…200				Масло	Сеч. до 5 мм
16	Сталь У8, У8А	НВ <= 187					740…760		С печью до 600
		37…46	790…820	400…500				Вода до 250, масло	Сеч. до 60 мм
		61…65		160…200
		61…65		160…200				Масло	Сеч. до 8 мм
		61…65		160…180	880…900			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
17	Сталь У10, У10А	НВ <= 197					750…770
		40…48	770…800	400…500				Вода до 250, масло	Сеч. до 60 мм
		50…63		160…200
		61…65		160…200				Масло	Сеч. до 8 мм
		59…65		160…180	880…900			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
18	Сталь 9ХС	<= 24					790…810		С печью до 600
		45…55	860…880	450…500				Масло	Сеч. до 30 мм
		40…48		500…600
		59…63		180…240					Сеч. до 40 мм
19	Сталь ХВГ	<= 25					780…800		С печью до 650
		59…63	820…850	180…220				Масло	Сеч. до 60 мм
		36…47		500…600
		55…57		280…340					Сеч. до 70 мм
20	Сталь Х12М	61…63	1000…1030	190…210				Масло	Сеч. до 140 мм
		57…58		320…350
21	Сталь Р6М5	18…23					800…830		С печью до 600
		64…66	1210…1230	560…570 3-х кратн.				Масло, воздух	В масле до 300…450 град., воздух до 20
		26…29		780…800					Выдержка 2…3 часа, воздух
22	Сталь Р18	18…26					860…880		С печью до 600
		62…65	1260…1280	560…570 3-х кратн.				Масло, воздух	В масле до 150…200 град., воздух до 20
23	Пружин. сталь Кл. II			250…320					После холодной навивки пружин 30-ть минут
24	Сталь 5ХНМ, 5ХНВ	>= 57	840…860	460…520				Масло	Сеч. до 100 мм
		42…46							Сеч. 100..200 мм
		39…43							Сеч. 200..300 мм
		37…42							Сеч. 300..500 мм
		НV >= 450							Азотирование. Сеч. св. 70 мм
25	Сталь 30ХГСА	19…27	890…910	660…680				Масло
		27…34		580…600
		34…39		500…540
		«—					770…790		С печью до 650
26	Сталь 12Х18Н9Т	<= 18	1100…1150					Вода
27	Сталь 40ХН2МА, 40ХН2ВА	30…36	840…860	600…650				Масло
		34…39		550…600
28	Сталь ЭИ961Ш	27…33	1000…1010	660…690				Масло	13Х11Н2В2НФ
		34…39		560…590					При t>6 мм вода
29	Сталь 20Х13	27…35	1050	550…600				Воздух
		43,5…50,5		200
30	Сталь 40Х13	49,5…56	1000…1050	200…300				Масло

Термообработка цветных металлов

Сплавы на основе других металлов не отвечают на закалку столь же ярко, как стали, но их твердость тоже можно повысить термообработкой. Обычно используют сочетание закалки и предварительного отжига (нагрева выше точки фазового превращения с медленным охлаждением).

• Бронзы (сплавы меди) подвергают отжигу при температуре чуть ниже температуры плавления, а потом закалке с охлаждением водой. Температура закалки от 750 до 950С в зависимости от состава сплава. Отпуск при 200-400С производят в течение 2-4 часов. Наибольшие показатели твердости, до HV300 (около HRC 34) можно при этом получить для изделий из бериллиевых бронз.
• Твердость серебра можно повысить отжигом до температуры, близкой к температуре плавления (тусклый красный цвет) с последующей закалкой.
• Различные сплавы никеля подвергают отжигу при 700-1185С, такой широкий диапазон определяется разнообразием их составов. Для охлаждения используют соляные растворы, частички которых потом удаляют водой либо защитные газы, препятствующие окислению (сухой азот, сухой водород).

Оборудование и материалы

Для нагрева металла при термообработке используются 4 основных типа печей:
— соляная электродная ванна
— камерная печь
— печь непрерывного горения
— вакуумная печь

В качестве закалочных сред, в которых происходит охлаждение, используются жидкости (вода, минеральное масло, специальные водополимеры (Термат), растворы солей), воздух и газы (азот, аргон) и даже легкоплавкие металлы. Сам агрегат, где происходит охлаждение, называется закалочная ванна и представляет собой емкость, в которой происходит ламинарное перемешивание жидкости. Важной характеристикой закалочной ванны является качество удаления паровой рубашки.

Старение и другие методы повышения твердости

Старение — еще один вид термообработки, позволяющий повысить твердость сплавов алюминия, магния, титана, никеля и некоторых нержавеющих сталей, которые подвергают предварительной закалке без полиморфного превращения. В процессе старения увеличиваются твердость и прочность, а пластичность понижается.

• Сплавы алюминия, например, дуралюмины (4-5% меди) и сплавы с добавлением никеля и железа выдерживают в пределах часа при температуре 100-180С
• Сплавы никеля подвергают старению в 2-3 этапа, что в сумме занимает от 6 до 30 часов при температурах от 595 до 845С. Некоторые сплавы подвергают предварительной закалке при 790-1220С. Детали из никелевых сплавов помещают в дополнительный контейнеры, чтобы предохранить от контакта с воздухом. Для нагрева используют электрические печи, для мелких деталей могут применяться соляные электродные ванны.
• Мартенситно-стареющие стали (высоколегированные безуглеродистые сплавы железа) стареют около 3 часов при 480-500С после предварительного отжига при 820С

Химико-термическая обработка - насыщение поверхностного слоя легирующими элементами,

• неметаллическими: углеродом (цементация) и азотом (азотирование) применяются для повышения износостойкости колен, валов, шестерней из низкоуглеродистых сталей
• металлическими: например, кремнием (силицирование) и хромом помогает повысить износо- и коррозионную стойкость деталей

Цементирование и азотирование производят в шахтных электропечах. Существуют также универсальные агрегаты, позволяющие проводить весь спектр работ по термохимической обработке стальных изделий.

Обработка давлением (наклеп) — увеличение твердости в результате пластической деформации при относительно низких температурах. Таким образом происходит упрочнение низкоуглеродистых сталей при холодной объемной штамповке, а также чистых меди и алюминия.

В процессе термической обработки изделия из стали могут претерпевать поразительные превращения, приобретая износостойкость и твердость, в разы большую чем у исходного материала. Диапазон изменения твердости сплавов из цветных металлов при термической обработке гораздо меньше, но их уникальные свойства зачастую и не требуют масштабного улучшения.

В машиностроении не новичок. А вот с термообработкой только столкнулся. Изучив немало литературы (хотя видимо мало) заметил, что везде по термообработке сталей пишут, на мой взгляд, недостаточно информации. Например сталь 45, закалка –вода 850°С. Температура отпуска для твердости такой-то 400°С. И ВСЕ. Или это настолько элементарно, что такие моменты не освещают, то где же они написаны изначально? Имею ввиду более детальный маршрут термообработки.
Например так.

Отжиг Х12МФ
1. Нагрев 860°С (с какой скоростью, с максимальной?)
2. Выдержка 2-3часа 860°С
3. Охлаждение 40°С / час до 780°С
4. Выдержка 2-3часа на 780°С
5. Охлаждение 40°С / час до 720°С
6. Выдержка 2-3часа 720°С
7. Охлаждение 40°С / час до 650°С вместе с печью
8. Охлаждение на воздухе с 650°С до температуры окружающей среды.

Закалка стали 45
1. Нагрев до 700°С (с какой скоростью, с максимальной?)
2. Выдержка 1час при 700°С. (или в зависимости от сечения время предварительного нагрева тоже разное)
3. Нагрев до 850°С (с какой скоростью, с максимальной?)
4. Выдержка 10мин+ 1мм толщины детали=1мин. (для 40мм время 10+40=50мин )
5. Охлаждение в воде (температура воды имеет значение +5 или +40?)
6. После полного охлаждения в печь для отпуска (или полностью остыть не должна?).

Те же вопросы и для отпуска.
Написанные примеры прошу прокомментировать, так как не уверен в их правдоподобности.
А быть точнее меня интересует детальные маршруты для отжига, закалки и отпуска стали Х12МФ, стали 45, и в меньшей степени, но тоже интересует Р6М5.
Если можно напишите маршрут или хотя бы подскажите, где искать?
Заранее благодарен всем ответившим.

sanek66 24 September 2012 - 17:44

• Город: донецкая обл
• Имя: Александр

Детальный маршрут термообработки сталей.

konstruktorSW , В справочнике термиста всё детально расписано. вот например,скачайте и почитаете.

konstruktorSW 24 September 2012 - 19:30

• Имя: Евгений Игоревич

Детальный маршрут термообработки сталей.

sanek66 ,
Спасибо за ответ. Книгу скачал. Но она не ответила на мои вопросы. Там написано не более чем везде. Все кратко, как уже писал выше. Вид термообработки, температура, среда. Нет ничего о скорости нагрева, о выдержке. Детально ничего не написано.

Далёкий 24 September 2012 - 19:40

• Город: Мелитополь
• Имя: Сергей

Детальный маршрут термообработки сталей.

Для того, что бы лучше понимать то, что делаю, я для себя прочел о том, какие процессы проходят в метале при нагреве и остывании... Прочитав об процессах, у Вас отпадут многие вопросы и сомнений будет на порядок меньше...

konstruktorSW 24 September 2012 - 21:38

• Имя: Евгений Игоревич

Детальный маршрут термообработки сталей.

Я понимаю, какие процессы протекают при нагреве, остывании с разными скоростями и выдержке более положенного временного промежутка. Но мелкие нюансы мне не знакомы. Теория это не практика. Нигде не написано даже близко, то, что написано у меня в примере на Х12МФ. А калить нужно именно так прозрачно и понятно. Пока ничего нового для себя не нашел. Прокомментируйте, пожалуйста, мои примеры. Верны ли они? Если Вы понимаете, о чем идет речь.

worktowork 28 September 2012 - 21:21

Детальный маршрут термообработки сталей.

Я тоже новичок, но для начала желательно изучить диаграмму состояния вашего материала.Так Вам будет понятней.Потом можно посмотреть типовые технологические процессы по термообработки.

сергей7 29 September 2012 - 14:43

• Город: волгоград

Детальный маршрут термообработки сталей.

Я понимаю, какие процессы протекают при нагреве, остывании с разными скоростями и выдержке более положенного временного промежутка.

упрощённо там всего один ньюанс,и опять таки основные изменения распространяются от границ структур-кристаллов или скоплении цементита\карбидов,время их распространения зависит от величины и дисперсности составляющих структуру,потому для например Х12МФ при всех равных,время прохождения некоторых превращений может отличаться чуть менее чем на два порядка,от минут до многих часов,правда первое для подготовленного металла а второе после литья или кузни.Справедливости ради можно сказать что технологи пищут и в пособиях приводят примеры выдержек с запасом-но для обычной или качественной поставки,случаеться нехватает,чаще чересчур.Вот поэтому и нет оснований давать режимы в опорных пособиях.По Х12МФ можно сказать о любой скорости следования к выдержке на 720 т.е.,пункты 3-4 выкидываем-они для дополнительного смягчающего отпуска,после отжига.Для 45-той экономически бессмысленен подогрев по пунктам 1,2-она полезна если только очень крупная заготовка.По выдержке справедливо всё что набито выше,только 45-тая простая сталь и скорость прохождения превращений не такая разная сравнительно с Х12МФ(полностью в масле крупные заготовки не охлаждать-на воздухе в диапазоне мартенситного безопаснее),Р6М5 ближе к последней,просто там всё ёще строже.Вопросы температуры воды и охлаждений зависят от того что нужно получить и форм деталей-риска термических трещин включая пункт 6,но обычно с водой(вода-масло) на 4 Цельсия можно работать,посмотрите диаграммы,Попов "изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлаждённого аустенита" и почитайте там.

Саян 29 September 2012 - 15:16

• Город: СПб, с/з
• Имя: Михалыч и на ты

Детальный маршрут термообработки сталей.

"Теория суха, мой друг, а древо жизни пышно зеленеет. "
Зачем отправлять человека к теории, если его интересует чисто практический вопрос? Который должен иметь один ответ, раз стали гостируемы. Смысл в этих градациях, если для каждой стали нужно разные приемы ПАТАМУ ШТО?

Для 45-той экономически бессмысленен подогрев по пунктам 1,2-она полезна если только очень крупная заготовка.

Может лучше так: Пункты 1,2 применяем при закалке крупных (какой критерий крупности) заготовок.

посмотрите диаграммы,Попов "изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлаждённого аустенита" и почитайте там.

Я вам дам статьи по прочности и вы точно не увидите там того, что увижу я. И я не увижу того, что увидит тот, кто на практике решал такую задачу. Поэтому и возникают вопрос.

И тема достаточно острая. Я маялся с режимами резки для ст.45, пока не сделал ступенчатый отжиг - поверхность стала почти полированной. При этом режим повторяем для разных поставок. Так что делитесь наработками и не темните.

termist281075 01 October 2012 - 15:09

• Имя: Михаил

Детальный маршрут термообработки сталей.

Уважаемый konstruktorSW! Детального маршрута термообработки стали в природе быть не может в принципе! Можно говорить о технологии термообработки конкретной детали. В книгах описываются общие вопросы, а для термообработки нужен термист. Поясню. Милиметр-минута,это очень хорошо, а если диаметр вала переходный с одной стороны 20мм, а с другой 60? и еще бурт 5мм шириной и 10мм высотой? Как считать минуты будете? А заготовка у Вас в закладку одна идет или шесть? Или 50? Она после мех. обработки или после горячей штамповки? И таких нюансов десятки у одной детали и тысячи вообще, и прочитав все книжки в библиотеке, Вы их не учтете. Поговорите с термистом, будет надежнее.

сергей7 01 October 2012 - 16:36

• Город: волгоград

Детальный маршрут термообработки сталей.

Который должен иметь один ответ, раз стали гостируемы.

Такое понимание требует и единообразного ответа а не наработок.К сожалению у нас нет технологов специализирующихся на ТО инструменталки,потому нет и маршрутов,мне попадались на глаза разные документы,но безисключительно ТО инструментальных дело личной инициативы.Подробные маршруты есть только по массовке деталей из конструкционных сталей,детали 50-60 кило и выше обрабатываем редко(и не подогреваем детали простой формы из Ст45 и для массы порядка 100-250 кг-за исключением склонных к поводкам),не наш профиль,для 45-той выглядело бы это дело так-приёмка деталей ОТК в термичку(хоть это собственно скорее часть общего маршрута детали,наличие дефектов материала-стандартный список,и биений,припусков,ну и всё-ли там просверлили,нарезали),проверка готовности оборудования(положения термопар,запись режима,температуры-печь выводится на закалочный режим перед посадкой,охлаждающей среды и т.д),готовности детали(замазанно,заглушенно,обмотанно,покрыто),посадка деталей в печь прогретую(в случае печной ТО,пишется чем на чём и как-в ряд,количество слоёв или навалом,обычна приписка-по мощности печи)когда нужен дополнительный подогрев пишется время подогрева исходя обыкновено из расчёта 1 минуты на 1 мм сечения,после чего либо переводиться печь или детали переносяться в другую печь,так-же считаеться время нахождения детали в печи для закалки+время выдержки рекомендуемое как 1\5-тая от времени прогрева-но так можно получить неверные данные,и технолог никогда не даст менее десяти минут,обычно полчаса для сечений около 40мм(термисты держат минут 15),и до часа для крупных до 300мм сечений.Выемка из печи,пишеться чем/на чём.Если подстуживание проводится-пишется,но обыкновенно игнорируется технологами как трудноформализуемое,и не допускается на всех деталях термистами как обычно сложное для 45-той,быстрый перенос к ванне.О контроле температуры ванн(с водой в основе) уже писал,для 45-той без разницы,но летом сложнее,обычно пишут 30 или 20 от степени перестраховки или не ниже 10 допустим,но практически лучше всего 15-10С.Погружение в ванну-на чём и чем,изредка положение детали,практически манипуляциями необходимо быстро сбить паровую рубашку и обеспечивать равномерное охлаждение,до достижения на поверхностях основных сечений,и что очень важно переходов к ним,температур мартенситного превращения-вода стряхивается(не черпается с собой)деталь переносится в маслянную ванну,полностью охлаждаеться.Далее, отпуск производиться возможно скорее после закалки,для 45-той во избежание разрушительного действия полученных напряжений,отпускная на необходимой температуре,контроль режима,деталь переносится из ванны и укладываеться прописанным порядком(рядами или навалом-в последнем расчёт времени бывает затруднён) в отпускную,масло предварительно удаляеться или печь имеет вытяжку,время отпуска-расчётный прогрев,обычно пишется время равное нагреву под закалку,но оно как правило несколько дольше,и прибавляется время выдержки,обычно не меньше 40 минут но пишут и 2-4 часа-для низкого отпуска в основном,но практически бывает и чуть меньше как и значительно дольше,для среднего и высокого достаточно 1-2 часа.Выемка деталей с температуры отпуска на воздух,для 45-той,и контроль ОТК(твёрдость там,трещины,биения,мех.испытания),но термист должен успеть раньше,да и контроль отпуска осуществляется термистами выборочным измерением твёрдости детали из числа находящихся в отпуске,и далее по результатам мех.испытаний-например если не хватает прочности,но есть запас по удлиннению,можно через нормализацию(для 45-той) повторной ТО поднять твёрдость до нужных пределов текучести\прочности.konstruktorSW , по семейству Х12 есть довольно свежая тема вставляете ваши справочные данные по температурам,ставите температуру по верхнему пределу,добавляете 10 минут к рекомендованным там выдержкам приведённым для однократной закалки и получаете надёжную технологию получения удовлетворительного качества инструмента,а для хорошего инструмента нужна обратная связь по качеству ИМХО.Да там есть небольшая опечатка-не затягивайте с отпуском данной стали,охладить полностью её желательно но и не всегда необходимо и это всё,в отпуск,не рискуйте.Саян , есть некоторые варианты ТО и для 45-той,но и не для всех деталей-все режимы подойдут.Согласен с termist281075.

Саян 01 October 2012 - 18:31

• Город: СПб, с/з
• Имя: Михалыч и на ты

Детальный маршрут термообработки сталей.

Мопед не мой.

Такое понимание требует и единообразного ответа а не наработок.К сожалению у нас нет технологов специализирующихся на ТО инструменталки,потому нет и маршрутов,мне попадались на глаза разные документы,но безисключительно ТО инструментальных дело личной инициативы.

Подробные маршруты есть только по массовке деталей из конструкционных сталей,детали 50-60 кило и выше обрабатываем редко(и не подогреваем детали простой формы из Ст45 и для массы порядка 100-250 кг-за исключением склонных к поводкам),не наш профиль,для 45-той выглядело бы это дело так:
- приёмка деталей ОТК в термичку(хоть это собственно скорее часть общего маршрута детали,наличие дефектов материала-стандартный список,и биений,припусков,ну и всё-ли там просверлили,нарезали),
- проверка готовности оборудования(положения термопар,запись режима,температуры-печь выводится на закалочный режим перед посадкой,охлаждающей среды и т.д),
- готовности детали(замазанно,заглушенно,обмотанно,покрыто),
- посадка деталей в печь прогретую(в случае печной ТО,пишется чем на чём и как-в ряд,количество слоёв или навалом,обычна приписка-по мощности печи)когда нужен дополнительный подогрев пишется время подогрева исходя обыкновено из расчёта 1 минуты на 1 мм сечения,
- после чего либо переводиться печь или детали переносяться в другую печь,так-же считаеться время нахождения детали в печи для закалки+время выдержки рекомендуемое как 1\5-тая от времени прогрева-но так можно получить неверные данные,и технолог никогда не даст менее десяти минут,обычно полчаса для сечений около 40мм(термисты держат минут 15),и до часа для крупных до 300мм сечений.
- Выемка из печи,пишеться чем/на чём.
- Если подстуживание проводится-пишется,но обыкновенно игнорируется технологами как трудноформализуемое,и не допускается на всех деталях термистами как обычно сложное для 45-той,быстрый перенос к ванне.
- О контроле температуры ванн(с водой в основе) уже писал,для 45-той без разницы,но летом сложнее,обычно пишут 30 или 20 от степени перестраховки или не ниже 10 допустим,но практически лучше всего 15-10С.
- Погружение в ванну-на чём и чем,изредка положение детали,практически манипуляциями необходимо быстро сбить паровую рубашку и обеспечивать равномерное охлаждение,до достижения на поверхностях основных сечений,и что очень важно переходов к ним,температур мартенситного превращения-вода стряхивается(не черпается с собой)деталь переносится в маслянную ванну,полностью охлаждаеться.
- Далее, отпуск производиться возможно скорее после закалки,для 45-той во избежание разрушительного действия полученных напряжений,отпускная на необходимой температуре,контроль режима,деталь переносится из ванны и укладываеться прописанным порядком(рядами или навалом-в последнем расчёт времени бывает затруднён) в отпускную,масло предварительно удаляеться или печь имеет вытяжку,
- время отпуска-расчётный прогрев,обычно пишется время равное нагреву под закалку,но оно как правило несколько дольше,и прибавляется время выдержки,обычно не меньше 40 минут но пишут и 2-4 часа-для низкого отпуска в основном,но практически бывает и чуть меньше как и значительно дольше,для среднего и высокого достаточно 1-2 часа.
- Выемка деталей с температуры отпуска на воздух,для 45-той,
- и контроль ОТК(твёрдость там,трещины,биения,мех.испытания),но термист должен успеть раньше,да и контроль отпуска осуществляется термистами выборочным измерением твёрдости детали из числа находящихся в отпуске,и далее по результатам мех.испытаний-например если не хватает прочности,но есть запас по удлиннению,можно через нормализацию(для 45-той) повторной ТО поднять твёрдость до нужных пределов текучести\прочности.

konstruktorSW 01 October 2012 - 18:47

• Имя: Евгений Игоревич

Детальный маршрут термообработки сталей.

termist281075 ,
Детального маршрута термообработки стали в природе быть не может в принципе!Поговорите с термистом, будет надежнее.

Прекрасно понимаю, что не существует универсального технологического процесса ТО для детали. А под детальным, имел ввиду характерные для всяких деталей одинаковые этапы. Это как нагрев max, выдержка от и до, температура охлаждающей среды от и до. И т.д. Мне это все было совершенно незнакомо. Теперь благодаря всем отвечавшим, да и сам на месте не стоял, у меня уже сложилось понимание процесса, тем более кое-что пробовал. А на счет поговорить с термистом, собственно его я здесь и искал.

сергей7 01 October 2012 - 19:52

• Город: волгоград

Детальный маршрут термообработки сталей.

обеспечивать равномерное охлаждение,до достижения на поверхностях основных сечений,и что очень важно переходов к ним,температур мартенситного превращения

да,тут поправка,как правило деталь с тонкими переходами нужно старатся вынимать из воды до начала мартенситного превращения на переходах-где наиболее высока разность температур,но 45-я не часто трескается.Саян,благодарю за коррекцию текста,грамотность хромает.

Стали 45 увеличивает показатели прочности, пластичности и износостойкости металлического материала. Предварительная термообработка конструкционной углеродистой стали 45 (нормализация) обеспечивает легкую обработку материала, выполняемую посредством стандартного токарного и фрезерного инструмента. Термически обработанную сталь 45 применяют для изготовления всевозможной продукции: коленчатых и распределительных валов, валов-шестерен, бандажей, шпинделей, цилиндров, кулачков и шестерен.

Окончательная термообработка стали 45 (закалка) придает материалу высокую прочность и уникальную износостойкость. Высокое процентное содержание углерода (0,45%) гарантирует хорошую закаливаемость материала, высокую твердость и прочность изделий. После выполнения операции закаливания сталь 45 охлаждают в водной среде. Низкотемпературный отпуск охлажденной детали, выполняемый при температуре 200-300 градусов С, обеспечивает достижение показателей твердости порядка 50 HRC.

В соответствии с нормативами ГОСТ, кулачки станочных патронов производят из стали 40Х и стали 45. Твёрдость Rc = 45 -50. Кулачки четырехкулачных патронов должны иметь показатели твердости резьбы в диапазоне Rс = 35-42. Для достижения оптимального результата отпуск кулачков из стали 45 выполняется в диапазоне температур 220 - 280 градусов, а для стали 40Х оптимальным режимом отпуска, проводимого в течение 30 - 40 мин, является температура 380 - 450 градусов.

Расшифровка обозначения «марка стали 45»: содержание углерода - 0,45%; кремния 0,17 - 0,37; марганца 0,5 - 0,8%; никеля до 0,25%, серы до 0,04%, фосфора до 0, 035%, хрома до 0,25%, меди до 0,25%, мышьяка до 0,08%.

Термообработка стали 40Х

Термообработка стали 40Х придает материалу дополнительную прочность и устойчивость к износу. Легированная конструкционная сталь 40Х предназначена для изготовления деталей повышенной прочности, подвергаемых регулярным нагрузкам: валов, осей, реек, валов, болтов, полуосей, шестерен, втулок, колец, шпинделей, плунжеров, кулачковых и коленчатых валов, штоков, оправок, губчатых венцов и других изделий повышенной прочности.

Конструкционная сталь 40Х используется также для изготовления штампованных заготовок, поковок и всевозможных деталей трубопроводной арматуры. Дополнительная термическая обработка деталей выполняется посредством закалки в воде и масле. Для упрочнения деталей может использоваться также закалка в масле с отпуском в масляной среде или на воздухе.

Расшифровка маркировки стали 40Х. Цифровое обозначение 40 отражает процентное содержание углерода - 0,4%. Содержание хрома в стали 40Х - менее 1,5%. Кроме стандартных примесей, сталь 40Х содержит в своем составе дополнительные элементы, придающие заданные свойства материалу. Маркировка стали отражает использование хрома в качестве легирующего элемента.

Термообработка стали 65г

Термообработка стали 65г (конструкционной рессорно-пружинной) придает материалу дополнительную прочность и высокую устойчивость к экстремальным нагрузкам. Из стали 65г производят рессоры, пружины, корпусы подшипников, фланцы, подающие и зажимные цанги, а также другие детали, работающие без ударных нагрузок. Технические характеристики стали 65г, прошедшей термическую обработку, обеспечивают высокую износостойкость деталей. (Заменители рессорно-пружинной стали 65г: 70, 70Г, У8А, 60С2А, 60С2, 9ХС, 50ХФА, 55С2).

Отправить запрос