С какой целью проводят предварительную термическую обработку

Предварительная термическая обработка выполняется для обеспечения необходимых технологических свойств, улучшения структуры металла (обе эти задачи могут решаться одновременно). Кроме того, она выполняется для стабилизации структуры металла и размеров деталей – стабилизирующая. Окончательная термическая обработка формирует необходимые эксплуатационные свойства детали. Следует отметить, что такое разделение носит несколько условный характер. Предварительная термическая обработка для одних деталей (например, нормализация) может быть окончательной для других.

Ниже рассмотрены особенности в основном термической обработки сталей и чугунов как наиболее распространенных конструкционных материалов.

Предварительная термическая обработка заготовок

Заготовки получают отрезкой или рубкой проката; литьем – отливки; пластическим деформированием – поковки; сваркой.

При изготовлении заготовок из проката структурных изменений металла может не происходить. Тогда термическая обработка полученной заготовки не требуется. Вместе с тем в некоторых сталях (высокоуглеродистых, легированных, например ХВГ) при отрезке абразивными кругами появляются закаленные участки с высокой твердостью, что затрудняет последующую механическую обработку. В этом случае требуется термическая обработка для снижения твердости и, как следствие, для улучшения обрабатываемости резанием. Заготовки таких сталей после отрезки подвергают отжигу.

Необходимость термической обработки поковок, полученных методами горячей пластической деформации, определяется наличием остаточных напряжений, а также возможными структурными изменениями, например крупным зерном при перегреве (см. 15.2.1). Стали, обладающие высокой закаливаемостью и прокаливаемостью, после охлаждения от ковочного нагрева могут приобрести повышенную твердость.

Литье используют для получения заготовок – отливок сложной формы (фасонных). Для отливок характерна более грубая макро- и микроструктура, ликвация (см. 3.4.2 и 3.4.4), а также наличие остаточных литейных напряжений (разная скорость охлаждения и неодновременное затвердевание по объему отливки).

Таким образом, и для поковок, и для отливок необходима термическая обработка. Она должна обеспечить измельчение зерна, получение структуры, оптимальной для обработки резанием; устранение или снижение остаточных напряжений. Кроме того, в крупных отливках из легированных сталей возникает ликвация, так как диффузия атомов легирующих компонентов (в отличие от атомов углерода) затруднена, проходит медленно, выравнивания химического состава по объему не происходит. Ликвация устраняется или снижается проведением диффузионного отжига, который выполняется при высоких температурах 1050. 1250 °С. За этим исключением (диффузионный отжиг) термическая обработка для отливок и поковок одинакова и зависит от марки стали.

Для достижения оптимальной обрабатываемости резанием рекомендуется следующая обработка стальных поковок и отливок (все виды термической обработки рассмотрены в гл. 5):

• – низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,3%, в том числе низколегированные (например, 15Х, 20Х), с твердостью до 207 НВ – нормализация;
• – низкоуглеродистые среднелегированные (18ХГТ) – нормализация + высокий отпуск;
• – низкоуглеродистые сложнолегированные (12ХНЗА), углеродистые и легированные с содержанием углерода 0,3. 0,6% (45, 40ХФЛ, ЗОХГСА) – нормализация + высокий отпуск или отжиг;
• – стали с содержанием углерода 0,6% и более – сфероидизирующий отжиг.

Необходимость термической обработки сварных заготовок вызвана тем, что структуры сварного шва и прилегающей к нему зоны, испытывающей тепловое воздействие (зона теплового воздействия, ЗТВ), отличаются между собой, а также от структуры основного металла заготовок. Кроме того, для сварных заготовок характерно наличие остаточных напряжений как результат теплового воздействия и структурных превращений (см. 11.4.2).

Снижение сварочных напряжений обеспечивается отпуском при 620. 700 °С. Это наиболее распространенная термическая обработка сварных конструкций.

Улучшение структуры и повышение механических свойств металла в ЗТВ достигается за счет перекристаллизации. Для более нагруженных деталей выполняют нормализацию (для доэвтектоидных статей нагрев выше Ас3 с последующим охлаждением на воздухе). Такая обработка́ позволяет измельчить зерно в зоне перегрева (участок 3 на рис. 11.11) и улучшить структуру участка 5 (см. рис. 11.11).

Для деталей малых габаритов, не испытывающих нагрузок при эксплуатации, термическая обработка необязательна.

Заготовки, получаемые холодной пластической деформацией, вследствие наклепа обладают высокими твердостью и прочностью, но пониженной пластичностью. Это снижает обрабатываемость резанием и затрудняет или делает невозможной дальнейшую холодную пластическую деформацию. Для снижения прочности, твердости и повышения пластичности проводят рекристаллизационный отжиг (нагрев и выдержка при температуре выше температуры рекристаллизации, Tрекр = α•Tпл, см. 3.5.3).

Предварительная термическая обработка

Предварительная термическая обработка проводится с целью получения оптимальных структуры и свойств в исходном состоянии. [1]

Предварительная термическая обработка ( отжиг) проводится непосредственно после ковки с целью предотвращения появления флокенов, снижения твердости для облегчения последующей механической обработки, уменьшения остаточных напряжений и подготовки структуры под окончательную термическую обработку. [3]

Предварительная термическая обработка проводится, как правило, в газовых печах с выкатным подом. Подбор садок ведется с учетом марки стали, сечения поковок, метода выплавки и содержания водорода, Разница между поковками по сечению в данной садке не должна превышать 400 – 500 мм. Режим термической обработки всей партии поковок назначается по той поковке, которая требует ыак – Зимальной продолжительности нагрева, наибольшей выдержки при наиболее медленном охлаждении. [5]

Предварительная термическая обработка этих элементов цилиндров включает перекристаллизацию при 850 – 870 С, три-четыре переохлаждения ( первое до 300 – 320 С, последующие до 200 – 250 С) и два-три отпуска при 640 – 660 С. После предварительной термической обработки заготовки цилиндров подвергают механической обработке, ультразвуковому контролю и сварке. [6]

Предварительная термическая обработка , или подогрев, заключается в нагреве металла до начала сварки, во время и после сварки – в процессе охлаждения шва. [7]

Предварительная термическая обработка преследует множество целей. [8]

Предварительная термическая обработка отличается дешевизной, и, как правило, имеет характер местной термической обработки и выполняется при температурах не выше 400 С. Подогреву подвергают непосредственно сварной шов и прилегающую к нему область, где имеют место развитые напряжения и закалочные, неоднородные структурные образования. [9]

Предварительная термическая обработка имеет целью подготовить материал, поступающий после штамповки, гибки, профилировании для последующей сварки, или ( в случае изготовления изделия из предварительно термически обработанных элементов) проведение упрочняющей термической обработки. [10]

Предварительная термическая обработка – закалка и отпуск – обычло проводится в г. рубых заготовках, а для деталей малого сечения – непосредственно в прутках. Температура отпуска всегда должна превышать максимальную температуру последующего азотирования. [12]

Предварительная термическая обработка предусматривает снижение твердости, улучшение обрабатываемости резанием и подготовку стали к последующей термической обработке. [13]

Предварительная термическая обработка состоит в отжиге на зернистый перлит или высоком отпуске на сорбит. Некоторую особенность представляет лишь предварительная обработка проката из быстрорежущих сталей, предназначенного для волочения: отжиг при температуре 860 с медленным охлаждением ( 10 – 20 / час) до температуры 760, выдержка при этой температуре 5 час. После такого отжига производится так называемый карбидный отпуск: нагрев до температуры 760 и после выдержки в течение 1 часа охлаждение в воде. Смысл карбидного отпуска состоит в том, чтобы часть мелких карбидов, располагающихся по границам зерен, растворить в феррите и быстрым охлаждением удержать их в растворе. Быстрорежущая сталь, подвергнутая карбидному отпуску, выдерживает более значительные обжатия, чем не подвергнутая этому отпуску. [14]

Предварительная термическая обработка ( температура 140 С) волокна саран на воздухе проводится до выделения 50 % НС1 ( от теоретического), на что затрачивается около 5 суток. Для сохранения постоянной длины волокно обрабатывается под натяжением. Если термическую обработку волокна проводить в азоте, то при попытке сохранения постоянной длины уже на ранней стадии процесса ( степень разложения 15 %) происходит обрыв волокна. [15]

Поскольку деталь поступает на термообработку практически с готовыми размерами, то с целью уменьшения коробление при закалке, необходимо провести предварительную термическую обработку.

Технологические задачи и характеристика предварительной термической обработки.

К технологическим задачам предварительной термической обработки (ПТО) относятся:

1. Улучшение технологичности при производстве деталей обработкой резанием, холодной и горячей пластической деформацией;

2. повышение точности геометрии изделий за счет уменьшения коробления и деформации при окончательной термической обработке. Ускорение процессов диффузии при окончательной термообработке;

3. улучшение свойств готовых деталей путем воздействия на микроструктуру. Следовательно, создание технологических процессов ПТО улучшает свойства готовых изделий и облегчает условия их изготовления в производстве.

Предварительная термообработка (ПТО) для улучшения обрабатываемости резанием сплавов используется с целью повышения производительности труда при выполнении этой операции. Обрабатываемость материалов резанием в основном характеризуется силой и скоростью резания, качеством обрабатываемой поверхности, видом образующейся стружки. Все эти факторы зависят от свойств обрабатываемого материала, которые определяются его структурой. При этом микроструктура является основным фактором, влияющим на обрабатываемость. Можно подбирать новые инструменты, смазывающие и охлаждающие жидкости, однако правильно подобранный режим термической обработки с получением требуемой структуры гораздо важнее экспериментов с изменением режимов механической обработки.

Предпочтительным является отжиг в защитной атмосфере, предохраняющий поверхность от окалинообразования и обезуглероживания, а также сокращающий длительность процесса, поскольку заготовку или инструмент нагревают в открытом виде. При отсутствии защитной атмосферы в открытом виде нагревают только поковки и другие заготовки, имеющие достаточный припуск на последующую механическую обработку. Все остальные заготовки и инструмент укладывают в металлические коробки, в которые для предупреждения от обезуглероживания при отжиге засыпают отработанный карбюризатор или смесь 85% древесного угля и 10—15% кальцинированной соды, а при отжиге быстрорежущей стали — смесь 50% свежей и 50% бывшей в употреблении чугунной стружки.

Наиболее целесообразно применить в качестве ПТО – сфероидизирующий изотермический отжиг для получения среднезернистого перлита, обеспечивающего хорошую обрабатываемость резанием и минимальную поводку при окончательной термообработки.

Таблица 4

Т.к. при изготовлении детали применяется пруток из стали ХВГ по ГОСТ 5950-2000, по которому полуфабрикаты поставляются в отожженном состоянии , то предварительную термообработку можно проводить по необходимости.

1.2.4.2 Закалка.

Закалка стали – это в большинстве случаев получение мартенсита с максимальной прочностью и твердостью. Она включает в себя нагрев до температуры выше Ас1 или Ас3, выдержку при этой температуре для завер- шения структурных и фазовых превращений и последующее ускоренное ох- лаждение.

При объемном (печном) нагреве различают следующие способы нагрева: с максимально возможной скоростью, когда температура в печи равна или выше температуры закалки, одно или двух ступенчатый нагрев для изделий, склонных к короблению или с низкой теплопроводностью.

В случае термообработки детали ступица необходим медленный нагрев, с целью уменьшения поводки.

Способ закалки деталей из стали ХВГ, заключающийся в нагреве до температуры 820-850 o С, выдержке и охлаждении в масле с температурой 20-50 o С, промывке в горячем растворе Na₂CO₃ в воде. После чего производят отпуск на заданную твердость НRС_э 49-53 [1]. При этом способе закалки основные структурные превращения аустенита в мартенсит происходят при пониженных температурах. Вследствие снижения температуры уменьшается объем стали, а превращение аустенита в мартенсит увеличивает объем стали. Кроме того, охлаждение до низких температур 20-50 o С вызывает снижение пластичности стали. Эти причины увеличивают деформацию и изменяют объем стали, что приводит иногда к трещинам непосредственно при закалке или с течением времени при эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изотермической закалки деталей сложной формы из стали ХВГ, который заключается в нагреве до 830-850 o С, выдержке и охлаждении до 160-180 o С, выдержке с последующим охлаждением до цеховой температуры. После чего детали промывают от масла в 3-5% растворе, Na₂CO₃ в воде при 80-100 o С и производят отпуск на заданную твердость [2].

При термической обработке по этому способу образуется меньшая разность температур за счет охлаждения до повышенной температуры (160-180 o С) и образуется

15-30% мартенситета. Это также не вызывает больших внутренних напряжений. Но последующее охлаждение до цеховой температуры уменьшает объем стали и вызывает превращение остаточного аустенита в мартенсит, что вызывает значительные внутренние напряжения, которые приводят к недопустимой деформации тонкостенных деталей сложной конфигурации. Поэтому детали сложной конфигурации не рекомендуется подвергать такому режиму термической обработки.