Лекція № 27 : Загартування та відпуска сталі

План

1. Гартування сталі

2. Способи гартування

3. Види відпускання

Гартуванням - називається операція, при якій сталь нагрівають на ЗО...50 °С вище від точки Лс? або Ас₃ витримують при цій температурі, а потім швидко (звичайно з швидкістю, більшою за критичну) охолоджують. Унаслідок такої обробки в сталі, як правило, формується мартенситна структура, тому твердість і міцність її досягають максимального значення.

Доевтектоїдні сталі піддають повному гартуванню від температури, вищої за точку Ас₃ на ЗО... 50 °С, тобто від температури, при якій структура цих сталей є аустенітом. Після повного гартування структура доевтектоїдних сталей стає мартенситною.

Заевтектоїдні сталі піддають неповному гартуванню від температури, що перевищує точку А^ на ЗО...50 °С. Повне гартування для цих сталей навіть шкідливе, бо супроводжується зростанням зерен і потребує додаткової витрати теплоти на нагрівання.

Вирішальним фактором у процесі гартування є швидкість охолодження, тому вона визначає характер структури сталі, яка формується при цьому.

Швидкість охолодження сталі при гартуванні визначається охолоджувальною здатністю гартівного середовища (найчастіше -води або мінерального масла).

Вода кімнатної температури охолоджує сталь при 650...550 °С зі швидкістю, вищою за критичну (приблизно 660 °С/с). У цьому її перевага як гартівного середовища, істотним недоліком води є те, що в момент аустенітно-мартенситного перетворення вона охолоджує сталь також із великою швидкістю (близько 300 °С/с), а це призводить до виникнення великих внутрішніх напружень, які спричинюють коробления і навіть розтріскування виробів, що гартуються.

Мінеральне масло під час аустенітно-мартенситного перетворення охолоджує сталь приблизно в 10 разів повільніше за воду. Однак у верхньому інтервалі температур воно не забезпечує критичної швидкості охолодження вуглецевих конструкційних сталей і не дає змоги переохолодити аустеніт до температури мартенситного перетворення, тому після гартування в маслі ці сталі мають не мартенситну, а трооститно-мартенситну структуру.

Із збільшенням вмісту вуглецю або введенням у сталь легуючих елемен­тів стійкість аустеніту підвищується, тому такі сталі потребують меншої швидкості охолодження при гартуванні. У ряді випадків масло для них є оптимальним гартівним середовищем.

Залежно від складу сталі, форми і розмірів виробів, що гартуються,

застосовують різні способи гартування.

Гартування в одному середовищі виконують зануренням виробу, що гартується, в охолоджувальне середовище (воду, масло), де він і залиша­ється до повного остигання. Завдяки своїй простоті цей вид гартування найбільш застосовуваний. Проте він має істотний недолік, оскільки су­проводжується виникненням у виробі, що гартується, великих внутрішніх напружень.

Гартування у двох середовищах до деякої міри усуває недоліки гарту­вання в одному середовищі й полягає у тому, що нагрітий під гартування виріб спочатку охолоджують з великою швидкістю (звичайно у воді), щоб запобігти передчасному розпаданню аустеніту. Потім виріб переносять до іншого середовища, наприклад у масло, для уповільненого охолодження з метою аустенітно-мартенситного перетворення. Такий прийом сприяє значному зменшенню внутрішніх напружень у виробі й запобігає його короблению.

Ступінчасте гартування також виконують у дві стадії. Після нагріван­ня виріб спочатку занурюють в охолоджувальне середовище (звичайно в розплавлені солі) з температурою, трохи вищою за точку початку мартен-ситного перетворення М_п сталі певного складу, витримують при цій тем­пературі, а потім остаточно охолоджують у маслі або на повітрі. Ступін­частому гартуванню звичайно піддають невеликі за розмірами вироби змінного перерізу.

Якщо вироби повинні мати високу твердість тільки в поверхневих ша­рах, а серцевина має залишитися в'язкою, то такі вироби піддають поверх­невому гартуванню - високочастотному або полуменевому.

При високочастотному гартуванні вироби нагрівають в індукторі (со­леноїді), по якому йде струм високої частоти. Потрібних глибини і темпе­ратури нагрівання поверхневого шару досягають зміною частоти струму і швидкості переміщення індуктора або виробу. Потім нагрітий шар охо­лоджується водою, яка подається крізь внутрішні отвори в індукторі, або виріб скидається в гартівну ванну.

При полуменевому гартуванні поверхневі шари нагрівають ацетиле­нокисневим полум'ям, яке переміщують з певною швидкістю вздовж виробу, що гартується. Слідом за пальником подається вода для швидкого охолодження поверхневого шару. Цей вид гартування звичайно застосовують у важкому машинобудуванні для гартування великих де­талей.

Відпускання застосовують з метою зменшення внутрішніх напружень і твердості, а також для підвищення ударної в'язкості загартованих ви­робів. Воно полягає в нагріванні виробів до температур, нижчих за точку А^ Швидкість охолодження після відпускання для більшості сталей не має особливого значення. Розрізняють низьке, середнє і високе відпускання.

При низькому відпусканні (150...200 °С) структура мартенситу в сталі зберігається, але з нього виділяються дуже дисперсні частки карбіду заліза. Тому внутрішні напруження у виробі зменшуються, дещо підвищується в'язкість, а твердість практично не змінюється. Низькому відпусканню піддають вироби, які повинні мати високу твердість (наприклад, різальний або вимірювальний інструмент).

Середнє відпускання (350...450 °С) супроводжується більш істотними шінами в структурі і властивостях сталі: мартенсит перетворюється на троостит, тому твердість сталі зменшується приблизно до 400 НВ, а в'язкість значно підвищується. Середньому відпусканню піддають інструменти і деталі машин, що працюють при помірних ударних навантаженнях (штампи, пружини, ресори).

Високе відпускання (450...650 °С) веде до утворення сорбітноїструкту­ри, а це забезпечує повне усунення внутрішніх напружень і найкраще спів­відношення міцності і в'язкості сталі при достатній її твердості. Високому відпусканню піддають деталі машин.

Легуючі елементи затримують дифузійні процеси і перетворення в загартованій сталі при нагріванні, тому для них температуру відпускання призначають дещо вищу.

Питання для самоконтролю

1. В чому охолоджують при гартуванні?

1.1 вода

1.2 поступово

1.3 повітря

1.4 разом з піччю

2. З якою метою піддають сталі гартуванню?

2.1 підвищення твердості

2.2 підвищення пластичності

2.3 зниження внутрішніх напружень

2.4 зниження твердості

3. До якої критичної точки нагрівають сталь У13 при
гартуванні?

2.5 АС1

2.6 Аст

2.7 Ас3

2.8 Ас2

4. До якої температури слід нагріти сталь 40 для гартування?

4.1 727°C

4.2 820°C

4.3 911°C

5. Яка структура утворюється після гартування сталі У8?

5.1 перліт

5.2 троостит

5.3 ледебурит

5.4 мартенсит

6. Яка структура утворюється після неповного гартування
сталі 60?

6.1 мартенсит + ферит

6.2 мартенсит + цементит

6.3 мартенсит + перлит

7. Яка обробка є браком для сталі 50?

7.1 повне відпалювання

7.2 повне гартування

7.3 неповне гартування

7.4 нормалізація

8. Яка температура низького відпускання?

8.1 200 °C

8.2 400 ° C

8.3 600° C

8.4 727°C

9. Яка температура середнього відпускання?

9.1 200°C

9.2 400°C

9.3 600°C

9.4 727°C

10. Яка температура високого відпускання?

10.1 200°C

10.2 400°C

10.3 600°C

10.4 727°C

Дата добавления: 2015-06-25