Дипломная работа: Проект участка термической обработки дисковых фрез
- охлаждение при закалке в горячей изотермической среде (нагретое масло, расплавы щелочей селитры или щелочей и другие);
- охлаждение нагретых изделий сложной конфигурации в зажимных приспособлениях (штампы, валки и др.).
6) Интенсификация процессов с помощью воздействия активизаторов, например:
- ультразвука для охлаждения (при закалке) и очистке поверхностных загрязнений;
- магнитного поля для охлаждения при отпуске.
7) Применение сред нагрева и охлаждения, предотвращающих окисление и обезуглероживание:
- газовые искусственные атмосферы и вакуум:
- расплавы солей и щелочей;
- псевдосжиженный слой из твердых сыпучих частиц (корунд и др.) с продувкой газами.
8) Замена трудоемких процессов химико-термической обработки скоростной закалкой.
9) Применение комбинированной обработки (высокотемпературная термомеханическая обработка и др.).
При выборе технологического процесса необходимо выбрать наиболее рациональные и совершенные способы термической обработки, обеспечивающие получение высоких свойств изделий и одновременно упрочняющих, сокращающих или удешевляющих процессы термической обработки.
Свои служебные свойства (высокую твердость, износостойкость, теплостойкость) инструментальные стали получают в результате одного из видов упрочнения, приведенных ниже.
1. Закалка, обеспечивающая мартенситное превращение (дополнительно проводится низкий отпуск для уменьшения внутренних напряжений, после которого структура представляет собой мартенсит отпуска). Этому способу упрочнения подвергаются нетеплостойкие или полутеплостойкие стали с достаточно высоким содержанием углерода.
2. Дисперсионное твердение после закалки на мартенсит. Этому способу упрочнения подвергаются теплостойкие стали: быстрорежущие (Р18, Р12, Р9, Р6М5, Р6МЗ, Р18К5Ф2, P6M5KS, Р9М4К8 и др.), штамповые (4ХЗВМФ, ЗХЗМЗФ, 4Х5В2ФС, 4Х5МФС, ЗХ2В8Ф и др.) и мартенситно-стареющие.
Следует отметить, что в упрочнение при термической обработке быстрорежущих и штамповых сталей, испытывающих при закалке мартенситное превращение, образование мартенсита вносит определенный вклад. При последующем высоком отпуске, обеспечивающем дисперсионное твердение, упрочнение в результате мартенситного превращения частично снимается, но мартенситная структура стимулирует процесс выделения дисперсных избыточных фаз.
Таким образом, необходимо рассмотреть варианты термической обработки, основанные на закалке и отпуске.
Стали, упрочняемые в результате мартенситного превращения или мартенситного превращения с дисперсионным твердением, закаливают соответственно с температур, обеспечивающих достаточно полное насыщение аустенита углеродом или легирующими элементами.
Для инструментальных сталей применяют несколько видов закалки:
1. Непрерывная закалка. Закалку этого вида применяют в основном для инструмента из углеродистых и низколегированных сталей, обладающих малой устойчивостью переохлажденного аустенита и требующих вследствие этого ускоренного охлаждения, а также для инструмента относительно простой формы, изготовленного из инструментальных сталей повышенной и высокой прокаливаемости. Недостатком этого вида закалки является возникновение повышенных внутренних напряжений, что может в отдельных случаях вызвать сильное коробление или образование трещин.
2. Ступенчатая закалка. Такую закалку применяют для инструмента сложной формы в основном из сталей повышенной и высокой прокаливаемости. Инструмент охлаждают в горячих средах, а затем на воздухе. Это замедляет скорость охлаждения в интервале мартенситного превращения, уменьшает напряжения, деформацию и опасность образования трещин. Температура горячих сред должна быть выше температуры начала мартенситного превращения, а время выдержки достаточным для выравнивания температуры по сечению инструмента, но таким, чтобы не успело начаться бейнитное превращение.
Обычно температуры горячих сред составляют 160-200 °С для низколегированных инструментальных сталей и 500-630 °С для быстрорежущих сталей. В качестве горячих сред применяют расплавы солей.
3. Светлая закалка. Закалка этого вида представляет разновидность ступенчатой закалки. При светлой закалке состав охлаждающей смеси (обычно используют расплавы щелочей с добавлением воды) подбирают таким образом, чтобы поверхность инструмента после охлаждения была чистой и имела светло-серый цвет.
4. Неполная изотермическая закалка. Такую закалку применяют при необходимости получения достаточно высокой твердости. В этом случае инструмент в процессе охлаждения выдерживают при температуре лишь немного выше точки Мн с тем, чтобы бейнитное превращение прошло в ограниченной степени. Неполную изотермическую закалку целесообразно применять для штампов сложной формы из сталей 9ХС, ХВСГ.
5. Полная изотермическая закалка. Ее применяют в том случае, когда допустима пониженная твердость (HRC 52-55). Получаемая структура – нижний бейнит и остаточный аустенит. Полную изотермическую закалку применяют преимущественно для деревообрабатывающего инструмента и некоторых штампов и пресс-форм.
Основными преимуществами изотермической закалки являются уменьшение деформации (вследствие образования повышенных количеств остаточного аустенита и меньшей величины внутренних напряжений), а также повышение вязкости.
6. Прерывистая закалка. Закалку этого вида применяют для предупреждения образования трещин в инструменте сложной формы из сталей небольшой прокаливаемости, требующих охлаждения в воде, и в крупном инструменте из сталей повышенной прокаливаемости.
Закалку выполняют так, чтобы мартенситное превращение происходило только частично. Изделие охлаждают до 90-100° С (т.е. на 75-100° С ниже точки Мн ). Для этого инструмент из углеродистых и низколегированных сталей выдерживают в воде или в водных растворах солей и щелочей 5-10 с до потемнения поверхности, а инструмент из легированных сталей – в масле от 30-60 с до 10-15 мин (и больше) в зависимости от сечения изделия. Затем, не допуская дальнейшего охлаждения, инструмент переносят в горячие среды (170-180° С) для снятия возникших напряжений и частичного отпуска полученного мартенсита. При этом инструмент небольшого сечения выдерживают 2-5 мин, а более крупный — в зависимости от размеров – 30-60 мин. После этого его охлаждают на воздухе для образования мартенсита из не превратившегося ранее аустенита и подвергают отпуску для снятия напряжений.
7. Закалка в прессе. Такую закалку применяют для предупреждения деформации (коробления) преимущественно длинного или плоского инструмента.