Основы химико-термической обработки (ХТО)

Термическая обработка чугуна

Термическую обработку чугуна применяют в следующих целях:

1) для повышения механических свойств и износостойкости;

2) для улучшения обрабатываемости реза­нием в результате снижения твердости при термической обработке;

3) для снятия напряжений, возникающих в из­делиях из чугуна при литье.

При термической обработке в чугуне развиваются та­кие же превращения, как и в стали, но в чугуне еще до­полнительно может происходить графитизация, которая приводит к дополнительному изменению свойств. Для снятия внутренних напряжений в чугуне применяют от­жиг при 500…550 °С в течение 6…8 ч. Для того, чтобы при термической обработке не возникали новые тепловые напряжения, нагрев проводят со скоростью 75…150° С/ч, а охлаждение - со скоростью 30…60 °С/ч.

Для повышения пластичности, снижения твердости перед обработкой резанием применяют высокотемпера­турный отжиг при 850…900 °С в течение 0,5…1,5 ч. В про­цессе этого отжига происходит графитизация цементита как первичного, так и эвтектоидного. Для сокращения времени обработки либо повышают температуру отжига до 1050…1150°С (нагревают в соляных ваннах несколько минут), либо используют нагрев токами высокой частоты.

Для повышения механических свойств и увеличения износостойкости применяют нормализационный отжиг при 850…950 °С в течение 1…2 ч с охлаждением на воз­духе. В результате нормализации образуется мелкозер­нистая перлитная структура.

Часто для повышения механических свойств чугунов применяют закалку с отпуском. Для закалки детали на­гревают до температур 840…900 °С и охлаждают в мас­ле. При закалке образуется смесь мартенсита и графита. Если закаленный чугун подвергнуть низкому отпуску при 200…250 ⁰С, то в нем сохраняется высокая твердость (3500…4000 НВ) и высокая износостойкость.

При более высокотемпературном отпуске (300…500 °С) в чугунах образуется троостито-сорбитная струк­тура, твердость снижается, но улучшается пластичность. Чтобы закалка не вызывала трещин, целесообразно при­менение высокочастотного нагрева.

При химико-термической обработке материалов измене­ние их свойств достигается как за счет изменения хими­ческого состава поверхностных слоев, так и воздействи­ем на структуру этого слоя путем термической обработ­ки. Для обеспечения проникновения компонентов в изделие, насыщение требуется проводить при повышен­ных температурах. Часто прочность сцепления покрытий с изделием бывает недостаточной. Для повышения проч­ности подбирают подходящую последовательность рас­положения различных компонентов в покрытии.

Рис. 94. Влияние температуры и продолжительности цементации на

толщину цементованного слоя в стали 10:

1 - 1000 °С: 2 – 950 °С; 3 – 900 °С; 4 – 850 °С; 5 – 800 °С

Нагрев изделий до заданной температуры проводят в твердых, газовых или жидких средах, содержащих на­сыщающий элемент. На поверхности изделия осущест­вляются различные обменные реакции, приводящие к из­менению составов контактирующих материалов.

В част­ности, при насыщении железа различными элементами могут образовываться и твердые растворы, и химические соединения.

По своей физической природе поверхностное насы­щение является диффузионным процессом.

Насыщение стали металлами (диффузионную метал­лизацию) проводят при более высоких температурах и более длительное время, чем неметаллами, например углеродом или азотом. При этом глубина насыщаемого слоя зависит не только от времени, но и от концентрации диффундирующего элемента.

В качестве характеристики, определяющей глубину насыщаемого слоя, часто ис­пользуют расстояние от поверхности, на котором кон­центрация снижается в 2,7 раза. Концентрация диффун­дирующего вещества на поверхности зависит от его ак­тивности в окружающей среде, скорости диффузионных процессов, состава обрабатываемой стали и структуры образующихся фаз.

При повышении температуры увели­чивается скорость диффузии и поэтому быстро увеличивается толщина насыщенного слоя (рис. 94). Толщину диффузионного слоя можно определить по микрострукту­ре из-за отличий в травимости, а также методом рентгеноструктурного анализа.

Дата добавления: 2014-01-05