Противофлокенный. К третьей группе обработок, входящих в «Собственно термическая обработка» в соответствии с рассматриваемой классификацией

К третьей группе обработок, входящих в «Собственно термическая обработка» в соответствии с рассматриваемой классификацией, относят обработки, которые фиксируют за счет ускоренного охлаждения частично или полностью состояние металла или сплава, характерное для высокотемпературного состояния. Такие операции называют закалкой.

Существует два принципиально отличающихся вида закалки: закалка с полиморфным превращением и закалка без полиморфного превращения.

Между обработками второй и третьей групп классификации Бочвара А.А. имеется общий признак – нагрев металла или сплава осуществляется выше температур фазового превращения. Принципиальным отличием этих обработок являются: условие охлаждения и состояние металла после охлаждения. Обработки второй группы классификации приводят металл к равновесному состоянию за счет медленного охлаждения из высокотемпературной области, а обработки третьей группы обеспечивают неравновесное состояние металла за счет ускоренного охлаждения

Обработки четвертой группы из «Собственно термическая обработка» предназначены для перевода металла и сплава после предшествующего воздействия, которое создало неравновесное и неустойчивое состояние, в равновесное за счет нагрева до температур ниже А_С1. Такие обработки называют отпуском и старением.

Термин «отпуск» принято применять для тех металлов и сплавов, которые ранее были подвергнуты закалке с полиморфным превращением, а термин «старение» для сплавов, которые ранее подвергались закалке без полиморфного превращения.

Основным процессом при обработках четвертой группы является распад метастабильных твердых растворов.

Прежде, чем перейти к рассмотрению особенностей видов термической обработки в соответствии с классификацией целесообразно рассмотреть основные параметры режимов, присущие для всех видов термических и комбинированных обработок на примере простого и сложного режимов термической обработки (рис.69,а,б).

а

б

Рис.69 -Графики режимов термической обработки различной сложности:

а - график режима отпуска; б - график режима многократной термической обработки;

Основные типовые элементы режимов термообработки, которые необходимо знать при выборе режима для конкретного изделия:

-температуру нагрева, т.е. максимальную температуру металла, до которой он должен быть нагрет в процессе обработки;

-скорость нагрева металла до заданной температуры или на определенных участках кривой нагрева (Vнагр., С/ч);

-время выдержки обрабатываемого металла при заданной температуре (час.);

-скорость охлаждения металла (Vохл, С/ч).), при этом этот параметр может неоднократно изменяться в интервале от максимальной температуры нагрева (начало охлаждения) и до заданной окончательной температуры охлаждения металла.

-пооперационное и общее время термической обработки (t, час).

Выбор температурного режима термообработки (ТО) зависит от задачи, которую надо решать применительно к конкретному изделию. Нагрев металла до заданной температуры в любом из рассмотренных видов ТО может производиться с различной скоростью, в зависимости от следующих факторов:

-от мощности нагревательного устройства;

-от габаритов и сложности формы изделия;

-от химического состава металла или сплава, определяющего его теплопроводность и теплоемкость;

-от структурного состояния и степени ее однородности.

При этом необходимо различать два понятия, касающиеся скорости нагрева: это допустимая скорость нагрева для конкретного изделия и материала (предотвращающая возникновение опасного уровня термических напряжений) и технически возможная скорость нагрева (определяется, прежде всего, мощностью печи, массой изделий и его формой, химическим составом металла).

Нагревать металлоизделия до заданной температуры целесообразно с максимально возможной скоростью по следующим причинам:

-для повышения производительности печного оборудования, уменьшения их размеров и количества, требуемого для выполнения программы и сокращения обслуживающего персонала и уменьшения расходов на их содержание;

-для снижения расхода энергоресурсов на нагрев единица массы изделий.

Принципиально возможны три основных варианта нагрева (рис.70 ):

1.Нагрев изделий вместе с печью по заданному режиму (график 70 а). Изделие садится в холодную печь и греется вместе с печью, перепад температур по сечению незначителен (уровень термических напряжений низкий), но время нагрева большое.

Рис.70 - Графики возможных режимов нагрева металлоизделий, используемые в промышленной практике

2. Нагрев в среде с постоянной температурой- график б на рис.70 (например, садка деталей в печь, нагретую до заданной температуры, при этом масса садки не оказывает существенного влияния на изменение температуры в печи). Время нагрева сокращается, но перепад температур по сечению существенно возрастает по сравнению с графиком 70 а (соответственно и уровень термических напряжений).

3. Нагрев изделий с посадкой в печь, имеющей температуру на 100-200⁰С выше требуемой (график в на рис.70) для аустенитизации данной стали или сплава (так называемый скоростной нагрев), при этом масса садки оказывает существенное влияния на изменение температуры в печи – т.е. подохлаждает печь до требуемого уровня. При таком нагреве уровень термических напряжений в металле высокий.

4. Нагрев изделий с посадкой в печь, имеющей температуру на 150-200⁰С выше требуемой (график г на рис.70) для аустенитизации данной стали или сплава (так называемый скоростной нагрев), при этом масса садки не оказываетсущественное влияния на изменение температуры в печи – т.е. не подохлаждает ее до требуемого уровня. Нагрев садки ведут по температуре металла при существенном превышении температуры печи относительно требуемой для металла и при достижении садкой заданной температуры подвод энергии отключают, делают минимальную изотермическую выдержку и извлекают садку из печи. При таком нагреве скорость нагрева металла и уровень термических напряжений в металле наиболее высокий.

Возможны и промежуточные варианты нагревов, например, в среде с переменной температурой, т.е. посадка изделий в нагретую до промежуточной температуры печь и при этом масса садки не снижает температуру печи, после достижения металлом температуры печи начинается нагрев до заданной температуры вместе с печью. При наличии резервного оборудования делают нагрев в двух печах, в первой предварительный и затем переносят в печь с заданной температурой. Такой режим нагрева часто используют для изделий из легированных сталей и инструмента. Это касается и нагрева поковок или готовых деталей, после различных переделов. Литые слитки из легированных сталей после охлаждения металла до температуры не ниже 550-600⁰С поступают перед ОМД на копеж (т.е. накопление в ямной печи или в печи с выкатным подом при температуре 600-650⁰С до массы минимальной садки перед горячим посадом в печь). Возможно накопление слитков с большим переохлаждением металла, но не ниже 150⁰С. Затем слитки передаются на диффузионный отжиг, при этом температура печи должна быть не ниже температуры металла, но и не выше 300⁰С. Слитки из углеродистых сталей обычно диффузионному отжигу не подвергают, совмещая эту операцию с нагревом металл под ОМД.

В промышленности для нагрева металла изделий используются нагревательные и термические печи (устройства) с различной нагревательной средой:

А) газовой

- окислительная и обезуглероживающая среда при сгорании газов или электронагреве (водород обезуглероживает, СО₂-окисляет, кислород и вода окисляют и обезуглероживают, СО и СН₄- науглероживают).

- печи с контролируемой атмосферой. На практике возможно подобрать такое соотношение газов, чтобы атмосфера в печи была нейтральной

или использовать нейтральные газы (инертный азот, аргон и др.)

Б) жидкой

-расплавленные соли и металлы (соли бария, натрия, калия и кальция; свинец, силумин)

В) вакуум

-получает все большее распространение при термообработке инструмента, деталей для машиностроения, авиа- и космической отраслей.

Г) псевдожидкой

- в качестве нагревательной среды используют мелкие частицы вещества, находящегося во взвешенном состоянии в струе воздуха, инертного либо защитного газа. Часто для этих целей используют корунд. А печи с такой нагревательной средой еще называют печами с кипящим слоем (взвешенные частицы в струе газа создают впечатление кипения этого объема).

В практике термической обработки часто пользуются при расчете времени нагрева металлоизделий следующими (Паисов И.В.) ориентировочными данными:

Способ нагрева	Скорость нагрева, через время, выделяемое на нагрев единицы сечения металла, сек.\мм
Свинцовая ванна Соляная ванна Электрическая печь Газовая печь с открытым пламенем	6-8 12-14 50-80 40-50

Расчет параметров нагрева (температуры печи в момент садки изделий, скорости нагрева, температуры и времени промежуточных выдержек, температуры конечного нагрева и времени выдержки, скорости охлаждения и т.д.) производят на основании теоретических расчетов (напр. Тайц Н.Ю. Технология нагрева стали; Немчинский А.Л. Тепловые расчеты термической обработки и др.) или на основании нормативных документов специальных НИИ или ЦЗЛ заводов (которые использовали экспериментальные данные по определенному сортаменту изделий).

После нагрева металла изделия до заданной температуры конкретного вида термообработки производится выдержка при этой температуре с целью выравнивания по сечению изделия и достижения полноты протекания структурных превращений (растворение частиц вторичной фазы, гомогенизация аустенита).

Существует много различных ориентировочных способов расчета времени выдержки, основанных на характеристиках нагревательных сред, габаритах изделия и т.д.

На практике часто для деталей небольшого размера (примерно диаметром до 100мм) при назначении времени выдержки при заданной температуре определенного режима используют соотношение –1минута на 1 мм сечения, при этом расчет ведут по наибольшему для конкретного изделия габариту и добавляют 0,2 от времени, затраченного на нагрев всей садки для выравнивания температуры по сечению детали.

При гомогенизационном отжиге и сфероидизации учитывается и время, необходимое для растворения частиц вторичной фазы (карбидов, нитридов, карбонитридов и др.), а в случае обработки высоколегированных сталей и время, необходимое для диффузионного выравнивания концентрации элементов по сечению.

Для протекания рекристаллизации холоднодеформированного материала и для его разупрочнения время выдержки при температурах отжига не выше 680-690⁰С составляет примерно 15 минут.

При определении скорости охлаждения после отжигов 1 и П рода руководствуются, прежде всего, категорией материала, определяющей его устойчивость к образованию флокенов.

В зависимости от группы сталей в этой классификации, способа выплавки, наличия вакуумирования и габаритов поковок, металл после ковки и отжигов охлаждают в отключенной от энергоснабжения печи, на воздухе или в печи, работающей по специальным режимам.

Скорость охлаждения после отжигов обычно ориентировочно выбирают из такого расчета:

Сталь	Скорость охлаждения, ^0С\ ч
Низко- и среднеуглеродистая сталь Эвтектоидная углеродистая сталь Среднелегированная сталь Высоколегированная сталь	50-100 50-70 10-30

Более точные графики термообработки обычно содержаться во внутри заводской технологической инструкции, где на каждый вид продукции имеется подробный график обработки (типа рис. 2).

Например: время выдержки (для деталей диаметром или толщиной до 100мм) определяется как произведение двух величин: t=W х K; где W –геометрический показатель нагреваемого тела, в см;

W =V \ FхV- обьем тела, а F- поверхность тела.

K- суммарный физический фактор, характеризующий условия нагрева;

Значения этих величин, входящих в формулу, определяют по таблицам 1,2.

Формулы для вычисления значений коэффициента W различных тел простой формы приведены в табл.1.

Таблица 1

Форма тела	Коэфф. W равен:
Шар	D/ 6
Цилиндр (сплошной), нагреваемый со всех сторон	D l / 4 l+2D
Цилиндр (сплошной), нагреваемый с одного конца	D l1 /4 l1+D
Полый цилиндр, нагреваемый со всех сторон	(D-d) l / 4 l +2(D-d)
Прямоугольная пластина,нагреваемая со всех сторон	Bal / 2(Bl+Ba+al)
Куб	B / 6
Призма с основанием в виде квадрата, треугольника или правильного шестигранника	D1 l1 / 4l+2D1
Условные обозначения в таблице 1: D-наружный диаметр, см; d-внутренний диаметр, см; D1-диаметр окружности, вписанный в данный многоугольник; l- полная длина тела, см; l1- длина нагреваемой части тела, см; B-ребро куба,см; а- ширина пластины,см.

Числовые значения фактора К для различных условий нагрева приведены в табл.2.

Таблица 2

Характеристика стали	Температура нагрева, С	Нагревающая среда	Значения фактора К
Углеродистая и легированная	300-400	Воздух Продукты сгорания
Углеродистая	750-900	Воздух Продукты сгорания Соль
Легированная	750-900	Воздух Продукты сгорания Соль
Быстрорежущая     Быстрорежущая Быстрорежущая	500-650     800-900 1200-1300	Воздух Продукты сгорания Соль Соль Соль

В данном методическом пособии рассматриваются режимы термической обработки, которые применяются в качестве предварительных или промежуточных и предназначены для умягчения металла изделий (слитков, заготовок, поковок и др.), ликвидации (или уменьшения) ликвационных явлений, достижения однородности структуры и свойств металла и подготовка его к последующим переделам (механической обработке, деформационной или термической). Такими режимами термической обработки являются отжиги 1 и П рода.

В зависимости от того, какие отклонения от равновесного состояния металла устраняются при термообработке, различают следующие режимы, которые входят в обобщенное понятие «отжиг 1-го рода»:

-гомогенизационный (диффузионный) отжиг;

-рекристаллизационный;

-дорекристаллизационный;

Дата добавления: 2014-10-23