 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Охлаждающая способность различных закалочных сред в интервалах температур перлитного превращения и около мартенситной точки стали
В качестве охлаждающей среды при закалке углеродистых сталей, содержащих больше 0,3% углерода применяется вода.
Углеродистые стали, содержащие меньше 0,3% углерода, факти-чески не закаливаются, т. к. при охлаждении в любой реальной среде нельзя получить скорость охлаждения больше критической, поэтому аустенит частично или полностью будет распадаться на феррито-цементитную смесь. Только в малых сечениях деталей из малоуглеро-дистых сталей, содержащих меньше 0,3% углерода можно получить закаленную структуру (мартенсит).
Положительным свойством воды является быстрое охлаждение в районе наименьшей устойчивости аустенита (600–500°С). Основные недостатки воды – большая скорость охлаждения в районе мартенсит-ного превращения (300–200°С) и резкое снижение охлаждающей спо-
собности с повышением температуры воды. В тоже время она неиз-менна в мартенситной области. Поэтому при закалке значительного количества металла в ванне с неподвижной водой охлаждающая спо-собность ее с течением времени ухудшается.
Большое значение имеет относительное движение изделия и охлаждающей жидкости. Чем больше относительная скорость движе-ния детали охлаждающей жидкости, тем легче разрывается пленка и быстрее охлаждается деталь.
Охлаждающую способность воды при температуре 650–450°С можно изменять в широких пределах, вводя различные добавки. Од-нако в области мартенситного превращения она во всех случаях оста-ется высокой. Для повышения охлаждающей способности в воду вво-дят поваренную соль NaCl, едкий натр NaOH и др. Они уменьшают возможность образования паровой пленки и способствуют более быстрому ее разрушению. Процесс кипения происходит более равно-мерно, чем в воде без добавок. С повышением температуры воды с добавками скорость охлаждения снижается менее интенсивно.
Масло как охлаждающая среда применяется при закалке легиро-ванных сталей. Масло в районе наименьшей устойчивости аустенита охлаждает примерно в 3 раза, а в районе мартенситных превращений в 10–15 раз медленнее, чем вода. Это основное его преимущество . За-каливающая способность масла слабо меняется с повышением его температуры. Основным недостатком масла является малая скорость охлаждения в районе температур наименьшей устойчивости аустени-та, что не позволяет применять масло в качестве закалочной среды при закалке средне- и высокоуглеродистых сталей, т. к. для этих ста-лей оно не обеспечивает скорость охлаждения больше критической. К недостаткам масла как закалочной среды также относятся: огнеопас-ность (при нагреве выше 250–300°С оно может загореться); постепен-ное загустение (вызывает снижение закаливающей способности) и пригорание масла на детали.
Таким образом, все применяемые реальные охлаждающие среды не могут полностью удовлетворить требования, предъявляемые к идеально-му охладителю. В зависимости от состава стали, формы и размеров дета-ли и требуемых в термически обработанной детали свойств следует вы-бирать оптимальный способ закалки, наиболее просто осуществляемый и одновременно обеспечивающий нужные свойства. Чем сложнее форма термически обрабатываемой детали, тем тщательнее следует выбирать условия охлаждения, потому что чем сложнее деталь, тем большие внут-ренние напряжения возникают в ней при охлаждении.
Чем больше углерода содержит сталь , тем больше объемные из-менения при превращении, тем при более низкой температуре проис-ходит превращение аустенита в мартенсит; больше опасность возник-новения деформаций, трещин, напряжений и других закалочных по-роков; тщательнее следует выбирать условия закалочного охлаждения для такой стали. Основные способы закалки:
– закалка в одном охладителе (рис. 16, режим 2) - наиболее про-
стой способ. Для закалки мелких деталей сечением до 5 мм из углеро-дистых сталей и деталей из легированных сталей применяют масло. Для более крупных, но простых по форме деталей из углеродистой стали в качестве закаливающей среды применяют воду или водные растворы солей и щелочей. В качестве закалочных сред при этом спо-собе рекомендуются: в инструментальном производстве 5–15%-ный раствор NaCl в воде; для изделий сложной формы, склонных к короб-лению и трещинообразованию – 40–50%-ный раствор NaOH в воде. Эти растворы обеспечивают скорость охлаждения при температурах 650–450°С до 1400°/с; при температурах 300–200°С скорость их охла-ждения приближается к скорости охлаждения в масле.
Для крупных изделий сложной формы, изготовленных из легиро-ванных сталей с большой устойчивостью аустенита, типичными зака-лочными средами являются чистые минеральные масла или их смеси.
– прерывистая закалка в двух средах (рис. 16, режим 3) этот ме-
тод заключается в предварительном охлаждении детали в быстро охлаждающей среде (например, в воде) до температуры 300°C с по-следующим охлаждением в более мягкой среде (напримep, в масле). При закалке в масле крупных изделий целесообразно производить также прерывистое охлаждение с окончательным охлаждением на воздухе.
Прерывистая закалка в двух средах обеспечивает приближение к оптимальному режиму охлаждения 1 (рис. 16). Недостатком ее явля-ется трудность установления момента переноса изделия из одной сре-ды в другую для разностенных изделий. Этот способ требует от тер-миста высокой квалификации.
– ступенчатая закалка (рис. 16, режим 4). При этом способе деталь, после нагрева переносят в расплавы солей, имеющие температуру немно-гим более высокую, чем температура начала мартенситного превращения (точка Мн) для данной стали. После выдержки при данной температуре в течение времени необходимого для выравнивания температуры по всему сечению, деталь вынимают из соляной ванны и охлаждают на воздухе.
Мартенситное превращение в этом случае происходит на воздухе.
Рис. 16. Схема охлаждения при различных способах закалки: 1 –идеальный режим охлаждения; 2 –непрерывная закалка в одном охладителе; 3 –прерывистая закалка в двух средах; 4 –ступенчатая закалка;
5 –изотермическая закалка
В качестве охлаждающей среды при ступенчатой закалке при-меняют смеси легкоплавких солей , например: смесь, состоящую из 55% азотнокислого калия (KNO3) и 45% азотисто-кислого натрия (NaNO 3) – температура плавления 137°С; смесь, состоящую из 75% едкого калия (КОН ) и 25% едкого натрия (NaOH) – температура плавления 150°С и др.
По сравнению с обычной закалкой в одной среде при ступен-чатой закалке возникают значительно меньшие внутренние напря-жения, уменьшается коробление и возможность возникновения трещин. Используя возникающий при распаде аустенита в мартен-сит эффект «сверхпластичности», в это время производят правку (рихтовку) изделий. Применение ступенчатой закалки ограничи-вается размерами деталей: до 10–12 мм для деталей из углероди-стой стали и до 20–30 мм для деталей из легированных сталей.
– изотермическая закалка (рис. 16, режим 5). Отличием этого вида закалки от ступенчатой является длительность выдержки
выше точки Мн в нижней части области промежуточного превра-щения. Время выдержки должно быть достаточным для превра-щения аустенита в нижний бейнит. При промежуточном превра-щении легированных сталей наряду с бейнитом сохраняется оста-точный аустенит (10–20%). Такая структура обеспечивает высо-кую прочность, пластичность и вязкость стали, т. е. ее высокую конструкционную прочность.
Значительно снижается деформация изделий вследствие лик-видации термических напряжений. Фазовые ( структурные напря-жения) также уменьшаются в связи с тем , что превращение аусте-нита в бейнит происходят постепенно, в течение длительного времени. Изотермической закалке на бейнит подвергают обычно среднеуглеродистые легированные стали, от которых требуется повышенная вязкость (ударно-режущий инструмент).
Средой для охлаждения при изотермической закалке обычно являются расплавленные соли и щелочи разных составов. Охла-ждение в расплавах щелочей, если предварительно детали нагре-вались в жидких солях, позволяет получить чистую поверхность светло-серого цвета. Такой способ закалки называется «светлой закалкой».
–закалка с самоотпуском применяется для инструментов типа зубил, пуансонов , у которых рабочая часть должна иметь высо-кую твердость, а нерабочая – более низкую. Эту закалку выпол-няют двумя способами: сначала охлаждают только рабочую часть инструмента, затем производят отпуск ее по цветам побежалости, после достижения требуемого цвета побежалости инструмент полностью охлаждают в воде; изделие полностью охлаждают, за-тем нагревают нерабочую часть в соляной или в песочной ванне.
За счет теплопроводности происходит нагрев рабочей части. Когда цвет побежалости на ней достигнет заданного, весь инстру-мент быстро охлаждают. Твердость постепенно снижается от рабо-чей к нерабочей части.
–струйчатая закалка заключается в охлаждении рабочей части изделия интенсивной струей воды. Ее применяют в том случае, ко-гда требуется закалить часть детали. Как уже указывалось, в закаленной стали, особенно содержа-щей более 0,6% С , всегда присутствует остаточный аустенит. Аустенит понижает твердость, износостойкость и нередко приво-дит к изменению размеров деталей, работающих при низких тем-пературах, в результате самопроизвольного превращения аустени-
та в мартенсит.
Рис. 17. Микроструктура закаленной стали: а – доэвтектоидная сталь, неполная закалка; б – заэвтектоидная сталь, правильная закалка
Под прокаливаемостью подразумевают глубину проникновения закаленной зоны.
Несквозная прокаливаемость объясняется тем, что при закалке деталь охлаждается быстрее с поверхности и медленнее – в сердце-вине. При закалке скорость охлаждения распределяется по сечению так, как это показано на рис. 18, а, пунктирной линией; у поверхности скорость охлаждения максимальная, в центре – минимальная. Если критическая скорость закалки равна величине, показанной на этой схеме горизонтальной пунктирной линией, то деталь не прокаливается насквозь, и глубина закалки будет равна заштрихованному слою.
Рис. 18. Схемы, показывающие различную скорость охлаждения по сечению и в связи с этим несквозную прокаливаемость
Очевидно, с уменьшением критической скорости закалки увели-чивается и глубина закаленного слоя, и если υк будет меньше скорости охлаждения в центре, то это сечение закалится насквозь. Если сечение велико и скорость охлаждения на поверхности меньше υк, то при дан-ном способе закалки сталь не закалится даже на поверхности.
Следовательно, чем меньше υк, тем глубже прокаливаемость. Прокаливаемость, как и υк, тесно связана со скоростью превращения аустенита в перлит и, следовательно, с расположением кривой начала превращения на С-диаграмме.
Предположим, что имеем цилиндрическую деталь. Кривые охла-ждения центра, поверхности и сечения, расположенного на половине радиуса от поверхности, наложенные на С-диаграмму, показаны на рис. 18, б. Для данной стали при данных условиях охлаждения на по-верхности получится мартенситная структура, в центре – перлитная, на расстоянии половины радиуса получится мартенсит + тростит.
Если С-кривая располагается правее, чем показано на рис. 18, б, вследствие большей устойчивости переохлажденного аустенита, то, очевидно прокаливаемость увеличится. Следовательно, чем медленнее происходит превращение аустени-та в перлит, чем правее расположены линии на диаграмме изотерми-ческого распада аустенита, тем глубже прокаливаемость.
Для практической оценки прокаливаемости пользуются величи-ной, которая называется критическим диаметром.
Критический диаметр –это максимальный диаметр цилиндриче-ского прутка, который прокаливается насквозь в данном охладителе. Следовательно, для данной стали каждой закалочной среде соответ-ствует свой критический диаметр. Очевидно, чем интенсивнее охла-ждает закалочная среда, тем больше величина критического диаметра. Наиболее удобный и простой метод определения прокаливаемо-сти и экспериментального определения «идеального» критического диаметра – метод торцевой закалки.
Схема охлаждения при определении прокаливаемости методом торцевой закалки показана на рис. 19. Только при таком охлажде-нии нижний торец охлаждается с максимальной скоростью, и скорость охлаждения убывает по мере удаления от торца. Измерив после закалки твердость на поверхности по длине образца и пред-ставив полученные результаты графически, у глубоко прокаливаю-
щейся стали получим плавное снижение твердости (кривая 2 на рис. 20), а у неглубоко прокаливающейся стали (кривая 1, на рис. 20) – резкое уменьшение твердости.
Рис. 19. Схема закалки образца при испытании на прокаливаемость методом торцевой закалки
Рис. 20. Твердость по длине образца после торцевой закалки: 1 –неглубоко прокаливающаяся сталь; 2 –глубоко прокаливающаяся сталь
Экспериментально установлено, какая скорость охлаждения по-лучается в зависимости от расстояния от торца. Величина скорости охлаждения показана в верхней части диаграммы (рис. 20). Из диа-граммы видно, что на расстоянии 6 мм от торца скорость охлаждения 42ºС/с, на расстоянии 18 мм – 10ºС/с и т. д.
|
