Лекция № 2. Многокомпонентные диффузионные покрытия

Многокомпонентные диффузионные покрытия.

Прогнозирование структуры и свойств после диффузионного насыщения двумя и более элементами в настоящее время не решено. Применяется: алюмохромирование, алюмосилицирование, алюмоборирование, хромосилицирование, алюмохромосилицирование.

ерхность слоя хорошо наносится лакокрасочное покрытие.

Технология т/о на металлургических заводах

Технология т/о слитков.

Необходимость и характер т/о связаны с особенностью строения литой стали и с ее неоднородностью, которая бывает трех видов: физическая, структурная и химическая.

Физическая неоднородность определяется наличием усадочной раковины и пористости, трещин.

Структурная неоднородность обусловлена наличием в стальном слитке трех основных зон: мелких равноосных кристаллов, столбчатых кристаллов (дендритов), крупных неориентированных кристаллов.

Химическая неоднородность –ликвация- зональная (в пределах различных зон слитка) и дендритная в пределах дендритов: по содержанию углерода, серы, фосфора, легирующих элементов и примесей.

При охлаждении слитков (особенно из легированных сталей) возникают внутренние напряжения, которые приводят к образованию трещин. Скорость охлаждения слитка зависит от его массы: мелкие (<2т), средние (2-8т), крупные (8-50т), очень крупные (50-250т). Уменьшение массы слитка способствует уменьшению степени дендритной неоднородности.

Слитки стальные подразделяют по назначению на: кузнечные, прокатные, сортовые квадратного сечения, трубные круглого сечения, листовые слитки прямоугольного сечения.

Т/о их преследует следующие цели:

1) Снижение внутренних напряжений для предупреждения возникновения трещин при хранении их на промежуточных складах и при перевозке в передельные цехи.

2) Понижение твердости для обдирки слитка с целью устранения поверхностных дефектов.

3) Выравнивание дендритной неоднородности.

Слитки, предназначенные для передела на блюминге, передают в печь (нагревательные колодцы) для нагрева под прокатку в горячем состоянии (после затвердевания в изложницах), перевозят под «тещей» - футерованным шамотом или асбестом колпаком. Такой вариант нагрева называют горячим посадом. Однако горячий посад применять невозможно, если необходима обдирка слитков перед прокаткой или ковкой и при обработке некоторых высоколегированных сталей, склонных к образованию трещин при прокатке. В таких случаях слитки для предупреждения возникновения опасных внутренних напряжений подвергают либо замедленному охлаждению в неотапливаемых колодцах, либо охлаждению в изложницах с последующей т/о.

Для т/о слитков на наших заводах используют колодцевые печи или печи с выкатным подом, а также в мировой практике: с шагающими балками, карусельных, с шагающим подом.

Для снижения твердости и снятия внутренних напряжений слитки подвергают отжигу или высокому отпуску. С целью рационального использования оборудования и упрощения технологии, обрабатываемые стали объединяют в группы, имеющие близкие критические точки, приблизительно одинаковый интервал температур отжига и одинаковую склонность к обезуглероживанию и окислению.

Рис.1. Режимы отжига (а-в) и высокого отпуска (г) слитков.

а- быстрорежущие стали б- инструментальные стали

в- подшипниковые стали г- конструкционные, рессор-

но-пружинные, Cr-Ni, Сr-Ni-Mо,

Cr-Ni-W.

Слитки из быстрорежущих, высокохромистых сталей ледебуритного класса, хромистых коррозионностойких, подшипниковых и инструментальных сталей подвергают отжигу с фазовой перекристаллизацией (а-в) с нагревом чуть выше А_с1 (на 30-50^оС).

Эти стали содержат большое количество устойчивых карбидов W, Mo, V, Cr и не склонны поэтому к перегреву. Однако, ввиду пониженной теплопроводности быстрорежущих и инструментальных сталей, скорость их нагрева не должна превышать 60^оС/ч.Выдержка проводится для протекания всех необходимых структурных превращений по всему сечению слитка, затем подстуживание до температуры минимальной устойчивости аустенита, выдержка для полного распада аустенита, подстуживание с печью до температуры 600^оС (с определенной скоростью во избежание возникновения напряжений в слитке), а затем –на воздухе.

Слитки легированных конструкционных сталей перлитного, мартенситного, бейнитного классов подвергают высокому отпуску.

Хромоникелевые, хромоникелемолибденовые, хромоникелевольфрамовые стали мартенситного класса (20Х2Н4А, 40Х2Н2МА, 18Х2Н4ВА и др.) вследствие высокой устойчивости переохлажденного аустенита имеют даже при замедленном охлаждении структуру мартенсита или троостомартенсита, поэтому отжиг с фазовой перекристаллизацией не приводит к образованию перлитной структуры. Для снижения твердости их достаточно нагреть до температуры менее А _с1 . Поэтому при высоком отпуске наряду со снятием напряжений происходит распад мартенсита с образованием структуры сорбита, что приводит к снижению твердости (г).

Гомогенизирующему отжигу с целью снижения ликвации подвергают слитки из легированных сталей для ответственных деталей. Отжиг проводят как холодных, так и горячих слитков сразу после затвердевания. Температура нагрева 1100-1170^оС. Интенсивность процесса диффузии зависит от перепада концентрации, который с течением времени убывает за счет выравнивания (гомогенизации) содержания химических элементов по сечению слитка и в пределах зерна, т.е. с течением времени эффективность гомогенизации убывает. Наиболее значительное выравнивание химической неоднородности наблюдается в первые 8-10 часов выдержки. Продолжительность выдержки при отжиге составляет обычно 8-15 часов, а охлаждение садки осуществляют замедленно с печью до 800-820^оС, затем на воздухе.

Максимальная температура отжига ограничивается в первые часы опасностью оплавления наиболее легкоплавких участков в межосных объемах дендритов (например: сульфидных эвтектик вследствие ликвации серы, которая с течением времени уменьшается, происходит обеднение примесями этих участков, они становятся уже не легкоплавкими, поэтому можно повышать температуру отжига на конечной ступени (что ускоряет процесс гомогенизации, позволяет получить более однородную макроструктуру, снизить карбидную неоднородность в деформированном металле, улучшить технологическую пластичность стали, а также сократить длительность выдержки при отжиге по сравнению с одноступенчатым). При этом интенсифицируется процесс сфероидизации карбидов в высокоуглеродистых сталях (быстрорежущих, подшипниковых), т.к. при постоянной температуре процесс сфероидизации в этих сталях затухает со временем. Исходя из этого был разработан процесс, названный ступенчатой высокотемпературной обработкой (СВТО). Это обычно трехступенчатый нагрев с интервалами в 20-60^оС между смежными ступенями. Совмещение СВТО с нагревом слитков перед горячей пластической деформацией позволяет улучшить технологическую пластичность стали и снизить карбидную неоднородность в деформированном металле. Четвертая ступень СВТО соответствует температуре нагрева стали для горячей деформации. Применение СВТО для подшипниковой стали уменьшает ее структурную полосчатость.

СВТО наиболее целесообразно применять для слитков из высокоуглеродистых сталей (инструментальных, подшипниковых), в которых межосные участки дендритов обогащены углеродом и легирующими элементами до эвтектической концентрации и имеют низкую температуру плавления.

Слитки высокоуглеродистых, малолегированных сталей, у которых в межосных участках дендритов образуются тугоплавкие интерметаллиды, следует нагревать непрерывно сразу до предельной температуры. Выдержка должна быть достаточной для перевода интерметаллидов в твердый раствор и его гомогенизации.

Слитки сталей мартенситного класса после гомогенизирующего отжига и охлаждения приобретают высокую твердость. Поэтому их затем подвергают высокому отпуску на сорбит.

В сложнолегированных коррозионностойких и жаропрочных сталях образующиеся в результате ликвации избыточные фазы, располагаясь прослойками по границам зерен литого металла, ухудшают его технологическую пластичность при горячей обработке давлением, а иногда даже вызывают разрушение в процессе ковки, прокатки. В процессе гомогенизирующего отжига прослойки неравновесных избыточных фаз частично переходят в твердый раствор и коагулируют, что существенно улучшает технологическую пластичность стали.

Режим ступенчатого отжига (СВТО) слитков из стали ШХ15, совмещенного с нагревом под прокатку.

При гомогенизирующем отжиге слитков под влиянием высокой температуры происходит интенсивный рост зерен. Однако, т.к. слитки потом подвергают горячей обработке давлением (прокатке, ковке) в процессе которой происходит измельчение зерна, проведения специальной т/о для устранения крупнозернистой структуры не требуется.

Качество т/о слитков контролируют по твердости и отсутствию трещин при длительном хранении и нагреве под деформацию.

Дата добавления: 2014-01-11