Реферат: Термическая обработка чугунов

1. Большой энциклопедический словарь;Под редакцией Прохорова А.М.–

М: “Советская энциклопедия”, 1991, с. 823

² Седов Ю.Е., Адаскин А.М. Справочник молодого термиста – М: ”Высшая школа”, 1986, с.112.

Нормализацию применяют для увеличения связанного углерода, повышения твердости, прочности и износостойкости серого, ковкого и высокопрочного чугунов. При нормализации чугун нагревают выше температур интервала превращения (850-950^о С) и после выдержки в течение 0.5-3.0 часа, при которой должно произойти насыщение аустенита углеродом, охлаждают на воздухе¹ .

Растворение графита в _Y -фазе является важным процессом при нормализации (а также и при закалке) чугуна с ферритной или феррито-перлитной структурой. Этот процесс подобен цементации стали; разница в том, что при цементации происходит насыщение поверхностного слоя стальной детали углеродом из внешней среды, а при нагреве чугунной отливки «карбюризатором» являются многочисленные включения графита, расположенные в металлической основе, и насыщение углеродом происходит во всём объёме отливки. На растворение углерода в аустените чугунной отливки влияет температура: с повышением температуры нагрева растворимость углерода в _Y -фазе резко увеличивается. В результате нормализации чугуна с исходной структурой основной массы феррит или феррит и перлит получается структура перлита или сорбитообразного перлита с повышенной твердостью и прочностью.

Перлитные чугуны не нормализуют, так как повышение степени дисперсности продуктов распада аустенита существенно не влияет на механические свойства.

При закалке чугуна превращения аналогичны превращениям, происходящим при закалке стали. Но в связи с наличием в чугуне включений графита закалка чугунов имеет следующие особенности.

1. Закалка проводится из двухфазного аустенито-графитного состояния.

2. При нагреве происходит растворение графита в аустените, в связи с чем, несмотря на различную исходную структуру чугуна, превращению при охлаждении подвергается аустенит с эвтектоидной или заэвтектоидной концентрацией углерода.

3. При растворении графита в зонах, удалённых от мест контакта аустенита с графитом, концентрация углерода меньше.

4. Ликвация при нагреве под закалку не устраняется.

Закалке подвергают серый, ковкий и высокопрочный чугун для повышения твёрдости, прочности и износостойкости. По способу выполнения закалка чугуна может быть объёмной непрерывной, изотермической и поверхностной.

При объёмной непрерывной закалке чугун нагревают под закалку (медленно для отливок сложной конфигурации) до температуры на 40 – 60^о С выше интервала превращения (обычно до 850 – 930^о С) с получением структуры аустенит и графит. Затем дают выдержку для прогрева и насыщения аустенита углеродом; выдержка тем длиннее, чем больше феррита и меньше перлита, например, 10 – 15 мин для перлитных чугунов и до 1,5 – 2 часа для ферритных чугунов. Отливки охлаждают в воде (простой конфигурации) или в масле (сложной конфигурации).

После закалки от оптимальной температуры и выдержки, обеспечивающей достаточное растворение углерода в аустените, в ферритном чугуне получается

____________

¹ Седов Ю.Е., Адаскин А.М. Справочник молодого термиста – М: “Высшая школа”, 1986, с. 113.

мартенситная структура с максимальной твёрдостью HRC 55 –60. В чугунах

высокопрочных, аустенит которых обладает пониженной критической скоростью закалки, твёрдость после закалки достигает HRC 60 –62. Прочность после закалки понижается. Прокаливаемость высокопрочного чугуна выше прокаливаемости серого чугуна. После закалки чугун подвергают низкому отпуску для снятия части внутренних напряжений или высокому отпуску с получением сорбитной или троостосорбитной структуры.

При изотермической закалке чугун нагревают до 830 – 900^о С выдерживают 0,2 – 1,5 часа и охлаждают в расплавленных солях, имеющих температуру 250 – 400^о С, и после выдержки охлаждают на воздухе. Структура чугуна после изотермической закалки состоит из бейнита, остаточного аустенита и графита. Прочность, твёрдость и износостойкость изотермически закаленного чугуна выше по сравнению со свойствами чугуна после улучшения (закалки и отпуска) со структурой сорбита или троостита. Преимущество изотермической закалки – резкое уменьшение закалочных напряжений и коробления. Изотермической закалке обычно подвергают отливки из высококачественного чугуна (например, с шаровидным графитом) небольшого сечения (толщина стенки 10 – 12 мм), так как необходимо переохладить аустенит до температуры изотермической выдержки.

Поверхностную закалку с нагревом с помощью токов высокой частоты применяют для повышения поверхностной твёрдости и износостойкости чугунных отливок. Поверхностной закалке рекомендуется подвергать перлитные чугуны. Это объясняется тем, что при нагреве перлитных чугунов нет необходимости в насыщении аустенита углеродом за счёт растворения графита. Превращения, происходящие при поверхностной закалке таких чугунов, аналогичны превращениям при поверхностной закалке перлитных чугунов 840 – 950^о С, время нагрева – несколько секунд, скорость нагрева около 400^о С/с, охлаждение в воде или эмульсии. Твёрдость после закалки серого чугуна HRC 50 – 55, высокопрочного HRC 58 – 60. Распределение твёрдости по сечению закалённого слоя (толщиной 1,5 – 4 мм) дотаточно равномерное. Микроструктура поверхностного слоя – мелкоигольчатый мартенсит и включения графита. После поверхностной закалки проводится низкий отпуск. Поверхностной высокочастотной закалке подвергают детали из перлитного чугуна, работающие на износ – направляющие станин станков ( изготовляемые из модифицированного серого чугуна), коленчатые и кулачковые валы (из высокопрочного чугуна), гильзы цилиндров (из легированного чугуна) и другие детали.

При поверхностной закалке ферритных чугунов для получения высокой твёрдости после закалки необходим нагрев с меньшей скоростью (~ 5 – 10^о С/с) и до более высокой температуры (~ до 1050^о С) для того, чтобы произошло насыщение аустенита углеродом (вследствие растворения графита).

На результат поверхностной закалки ферритного чугуна влияет характер распределения графитных включений в металлической основе, т.е. их количество, размер и расстояние между ними. Чем мельче включения графита, тем их больше и расстояние между ними меньше. С увеличением количества графитовых включений твёрдость закалённого ферритного чугуна повышается особенно резко при увеличении числа включений до 200 –300 на 1мм² .

Отпускпроводится с целью снятия термических напряжений, повышения твёрдости, прочности и износостойкости. Нагрев проводят медленный для

сложных изделий до температуры 150 – 300^о С для деталей работающих на износ или 400 – 600^о С, затем дают выдержку 1 – 3 часа. Охлаждение проводят на воздухе.

Для стабилизации размеров литых чугунных деталей, предотвращения коробления и снятия внутренних напряжений применяют старение.

Различают два вида старения: естественное и искуственное.

Естественное старение осуществляется на открытом воздухе или в помещении склада. Изделия после литья выдерживаются в течение 6 – 15 месяцев. При естественном старении снижение напряжений в отливках составляет 3 – 10 %

При вибрационном старении снижение напряжений достигает 10 – 15 %. Во время вибрации в отливке возникают дополнительные временные напряжения, вызывающие локальные пластические деформации чугуна и , таким образом, повышающие стойкость против последующего коробления.

Старение методом статистической перегрузки отличаются тем, что для создания дополнительных временных напряжений деталь подвергают воздействию внешних статических нагрузок. При этом методе снижение напряжений достигает 10 – 30 %.