Особенности технологии термической обработки отливок

Предварительная термическая обработка для исправления крупнозернистой структуры

В поковках и штамповках, особенно крупных, деформируемых при высоких температурах, возможно образование крупного зерна, что проявляется в структуре и изломе стали.

Исправление крупнозернистости в поковках из углеродистых и низколегированных сталей с феррито-перлитной структурой достигается фазовой перекристаллизацией с нагревом немного (на 20—40 °С) выше точки Ас₃ при отжиге или нормализации.

В легированных сталях вследствие повышенной устойчивости переохлажденного аустенита после ковки с охлаждением на воздухе могут образоваться структуры кристаллографически упорядоченного типа (мартенсит, бейнит, видманштеттова струк­тура). В этом случае в результате нагрева лишь незначительно выше точки Ас₃ исправление структуры может быть только частичным или отсутствовать ввиду проявле­ния структурной наследственности (восстановлению исходного размера зерна). Для этого проводят нагрев до более высоких температур в аустенитной области (1000—1050 °С). Уменьшение размера зерна достигается за счет рекристаллизации аустенита, обусловленной фа­зовым наклепом, вследствие изменения удельного объема в про­цессе a - g превращения. Для получе­ния очень мелкого зерна делают еще один нормальный нагрев незначительно выше Ас₃. В частности, двойную обра­ботку используют для улучшаемых поковок из стали марок 38ХГМ, 40ХГНМ (Ас₃ = 780^оС) и др., где для измельчения зерна перед улуч­шением применяют предварительную нормализацию с нагревом до 870—890 °С. Температура закалки при улучшении 830—860 °С.

Особенностями литого металла по сравнению с деформированным (после ковки, горячей штамповки) являются:

1. Химическая неоднородность, связанная с дендритной лик­вацией. В основном ликвируют сера, фосфор, углерод и карбидообразующие элементы.

2. Структурная неоднородность, проявляющаяся в неодина­ковости размеров и формы зерен закристаллизовавшегося металла. Ближе к поверхности размеры кристаллов меньше, далее зона вытянутых в направлении теплоотвода столбчатых кристаллов, в центре массивных отливок кристаллы крупнее и более.равноосные.

3. Физическая неоднородность — нарушение сплошности литой стали в виде раковин, пористости и трещин.

В отливках при охлаждении возникают внутренние напряжения, которые, суммируясь с тер­мическими напряжениями при нагреве под термическую обработку или с рабочими напряжениями при эксплуатации - остаточные напряжения - могут вызвать трещинообразование и разрушение литых деталей.

Термической обработкой можно устранить внутренние напря­жения и структурную неоднородность, уменьшить химическую неоднородность, повысить комплекс механических свойств.

Отливки общего назначения поставляют без ТО или после отжига при 650-700⁰С для уменьшения внутренних напряжений. Обрезку литников, прибылей, зачистку отливок проводят до ТО.

Отливки ответственного назначения из углеродистых и легированных сталей подвергают отжигу, нормализации (с отпуском) и улучшению.

Отливки из углеродистых сталей марок 15Л-55Л подвергают предварительной и окончательной ТО. Предварительная: отжиг или нормализация с отпуском. Ввиду того, что предварительная ТО исправляет литую структуру, температура нагрева при окончательной ТО назначается ниже для получения мелкозернистой отливки. Для измельчения зерна используют двойную фазовую перекристаллизацию, например для ст45Л: нормализация – 960^оС, закалка от 840^оС в воде. Отпуск- 600^оС.

Отливки из легированных сталей подвергают тем же видам ТО, что и из углеродистых сталей.

Исправлять грубозернистую структуру в литых легированных сталях труднее, чем в углеродистых. Приходится использовать двойную обработку: высокотемпературный отжиг или нормализацию в сочетании с обычной нормализацией, отжи­гом или закалкой при нагреве немного выше Ас₃.

В крупных массивных отливках из легированных сталей воз­можна сильно развитая дендритная ликвация. Уменьшить ее можно гомогенизирующим отжигом с нагревом до 1100—1150°С и длительной выдержкой (10—15 ч). За счет диффузии состав стали в пределах дендритов несколько, но не полностью, выравни­вается. В то же время при таком отжиге происходит сильный рост зерна, и для его измельчения необходим дополнительный обычный отжиг.

Для термической обработки отливок используют печи периоди­ческого и непрерывного действия. Весьма распространены печи с выдвижным подом (для отжига и нормализации). На середину пода печи устанавливают средние от­ливки, по бокам — тяжелые, сверху — мелкие для обеспечения равномерности нагрева и уменьшения коробления отливок

Отливки из углеродистых и низколегированных сталей можно загружать в предварительно нагретую печь. Время выдержки после прогрева садки определяют из расчета 1 ч на каждые 25 мм наи­большего сечения отливки.

Условия охлаждения и закалочные среды выбирают в зави­симости от марки стали. Отливки несложной формы из углероди­стых сталей охлаждают при закалке в воде, отливки из легирован­ных сталей — как правило в масле.

Для предотвращения образования трещин отливки следует сразу же после закалки подвергать отпуску. Продолжительность выдержки при отпуске для отливок сечением до 25 мм составляет 2 ч, для более толстых отливок добавляют 30 мин на каждые 25 мм сечения.

Термическая обработка отливок из высоколегированных ста­лей, используемых в основном в химической и авиационной промышленности.

Для сталей мартенситного класса используют в основном нор­мализацию (или закалку) с высоким отпуском, часто перед этим выполняют отжиг для устранения крупнозернистости и уменьше­ния внутренних напряжений.

Для аустенитных сталей используют закалку с высоких тем­ператур (1050—1180°С в зависимости от марки стали), обеспечи­вающих растворение избыточных фаз и гомогенность твердого раствора. Охлаждение проводят в воде, масле или на воздухе.

Особенностью высоколегирован­ных сталей является их низкая теп­лопроводность и высокий коэффициент линейного расширения, что приводит к возникновению больших остаточных напряжений. В связи с этим отливки следует нагревать мед­ленно, используя посадку в холод­ную печь или ступенчатый нагрев.

Дата добавления: 2014-01-11