Изотермическая и ступенчатая закалка

___Главный металлург нашей компании “ТехноИнжениринг.РФ” пишет для повышения квалификации специалистов по термической обработке металлов: 
___В практике термической обработки широко применяется изотермическая и ступенчатая закалка для получения минимальной деформации деталей.
___При ступенчатой закалке, охлаждение детали производится ступенями: сначала до температуры несколько выше точки Мн (в масле или расплавленной соли), затем после кратковременной выдержки при этой температуре происходит дальнейшее охлаждение.
___При изотермической закалке деталь, предварительно нагретая до аустенитного состояния, попадает в среду с температурой несколько выше точки Мн (масло или соль), где выдерживается до завершения превращения аустенита в игольчатый троостит, после чего охлаждается на воздухе или в масле. В качестве охлаждающей среды, где происходит изотермическая выдержка, употребляют различные масла и соли. Соль обычно не нуждается в защите от соприкосновения с атмосферой, а масло надо защищать от окисления прослойкой азота в закрытом баке, что удлинит срок его службы. Герметический закалочный бак предохраняет также масло от загорания и исключает вредное влияние паров масла на рабочих. В США ступенчатой закалке подвергают детали из многих сталей (по маркировке SAE): 4130, 8630, 4640, 5140, 4340, закаливаемые сначала в среде с температурой 160—180°С и вторично в среде с температурой 90—100°С.
___В качестве примера приведем технологию закалки кольца подшипника из стали 5200. Кольцо нагревают в защитной эндотермической атмосфере в течение часа, закаливают в масляной ванне с температурой 125—130°С с выдержкой 5 мин, после чего переносят в масляную ванну с температурой 90°С, выдерживают 10 мин. Затем следует охлаждение до комнатной температуры и отпуск. Для полного превращения аустенита с целью стабилизации размеров кольцо подвергают обработке холодом, а затем — отпуску. После обработки холодом и отпуска кольца имеют твердость HRC 64—65. Такая обработка удлиняет срок службы колец вследствие минимальной деформации.
___В зарубежной практике закалке в горячих средах придают особое значение и потому, что она значительно снижает затраты на дорогостоящую обработку деталей шлифованием, а также на оборудование и шлифовальные камни. Такая .обработка особенно целесообразна для изделий сложной формы; ее внедрение па наших заводах необходимо расширять.
___Для изотермической выдержки рекомендуется применять специальные масла, например, смесь из 50% трансформаторного и 50% авиационного масла или смесь из 70% трансформаторного и 30% авиационного масла. Детали после закалки в таких смесях получаются светлыми, без пленки пригара. Рекомендуется также авиационное масло МК22. Во время закалки масло должно находиться в движении; температура его должна поддерживаться в пределах ±5°С. Масло надо очищать от окалины с помощью магнита и фильтровать. Ступенчатая закалка широко применяется для цементуемых деталей. Изотермической закалке подвергают пружины и цементованные детали, включая и шестерни, а также чугунные цилиндры и детали двигателей внутреннего сгорания. Цилиндры изготовляют из чугуна следующего состава: 2,95—3,25% С; 0,8— 1,2% Si; 0,2—0,3% Сr; 0,2—0,4% Ni и 0,4—0,6% Мо.
___Температура нагрева равна 830—840°С, выдержка — 12 мин, охлаждение при температуре 200°С в течение 12 мин. Твердость—выше HRC 50. Фирма Uington Rend применяет изотермическую закалку при изготовлении деталей машин, применяемых в торговле.
___Обработка на игольчатый троостит обеспечивает высокую прочность и износостойкость, что позволяет применять ее для закалки крупных фигурных деталей. Это дает большой экономический эффект. На заводе Ford Motors изотермической обработке подвергают чугунные тормозные колодки, торсионные валы (сталь SAE 1085) и др. При этом получают структуру игольчатого троостита. При обработке поковок используется «ковочное» тепло.
___Заготовку торсионного вала нагревают до температуры 1100°С, штампуют, переносят в печь с температурой 270°С и выдерживают 30 мин. Этот процесс применяют и при производстве оружия. Например, корпус 372″ противотанкового ружья, изготовляемого из стали SAE4140, нагревают в соляной ванне до температуры 850°С в течение 10 мин, охлаждают до 330°С также в соляной ванне в течение 25 мин, затем подвергают отпуску при температуре 450—500°С (25 мин).
___Изотермическая закалка применяется также для обработки деталей сельскохозяйственных машин, например лезвий травокосилки барабанного типа. Их изготовляют из стали SAE 10С5, закаливают от температуры 860°С в ванне с температурой 345°С (выдержка 5 мин) и замачивают в воде.
___Структура лезвий — игольчатый троостит + мартенсит поэтому их целесообразно затем подвергать низкотемпературному отпуску. В качестве другого примера можно привести обработку шестерен из стали SAE4615. Они подвергаются цементации при температуре 925°С (4 ч), охлаждаются в соляной ванне при 160°С (15 мин), затем — на воздухе. Отпуск шестерен производится при 180°С (30 мин). Примером использования соляных ванн для ступенчатой закалки может служить установка на одном американском заводе. Установка имеет три ванны с керамической футеровкой длиной 1500 мм, шириной 1000 мм и глубиной 1650 мм; первая служит для нагрева до температуры 980—1000°С, вторая — для охлаждения до 900—800°С и третья — для охлаждения до 650—550°С. Каждая ванна имеет отдельный трансформатор. Первая ванна потребляет 400 кВт, вторая — 200 и третья — 150 кВт. Над серединой ванн проходит монорельс с электрокошкой, при помощи которой производят загрузку и выгрузку деталей. Разогрев ванн производят электродами, вставленными в защитные жароупорные трубы. Разогретая соль перемешивается пропеллерами, приводящимися в движение двигателем. Благодаря автоматической регулировке температура соли поддерживается в пределах ±2°. Когда необходимо снизить температуру ванн, через специальные трубы продувают воздух.
___Закалочные среды. В качестве закалочных сред применяют воду, растворы солей, масло, расплавленные соли, расплавленные металлы, воздух, смесь воздуха и пара и др. При выборе охлаждающей среды необходимо учитывать состав стали, подлежащей закалке и степень допустимой деформации. При закалке в воде различают три стадии охлаждения: 1) образование паровой рубашки в момент погружения нагретой детали в воду; рубашка затрудняет теплоотдачу; 2) паровая рубашка разрывается, и отдача тепла усиливается; 3) дальнейшее охлаждение летали (вода перестает кипеть), теплоотдача происходит посредством конвекции.
___В первой стадии охлаждения (700—800°С) масло охлаждает резче, чем вода. Во время третьей стадии скорость охлаждения зависит от теплопроводности и перемешивания жидкости. Самой дешевой средой для закалки является вода. Благодаря ее активному действию во второй и третьей стадиях она может применяться для закалки деталей простой формы из слабо калящихся сталей. Перемешивание воды является обязательным. Применение соляных растворов в оптимальной пропорции также эффективно, поскольку образование корки соли на поверхности деталей и последующее их энергичное удаление при растрескивании корки уменьшают действие паровой рубашки.
___Широко употребляются для закалки минеральные масла; особенно удобны смеси масел, содержащие жиры или нефтяные продукты; они имеют повышенную скорость охлаждения (промежуточную между водой и маслом) в первых стадиях охлаждения и замедленную — в третьей. Масло должно удовлетворять следующим требованиям: состав его не должен меняться -в течение длительного времени. Масло не должно окисляться, омыляться и образовывать смолы. Вязкость должна быть низкой, а теплопроводность — высокой, что особенно важно для закалки крупных деталей.
___Температура вспышки и температура возгорания должны быть высокие—выше точки кипения. Наилучшая закаливающая способность у масла проявляется при температуре 30—60°С при энергичном перемешивании. Хорошее перемешивание масла обеспечивает .после закалки цементованных деталей в горячем масле (~200°С) твердость HRC 62. В качестве охлаждающих сред применяют также глицерин этилен, гликоль, растворы силикатов, расплавы солей. Экспериментально установлено, что при энергичном перемешивании соли при температуре 200°С интенсивность охлаждения ее такая же, как и у масла при 55° С. В настоящее время чаще применяют масло при температуре 175°С. Это значительно снижает деформацию деталей по сравнению с закалкой в масле при температуре 45—60° С. В интервале температур 700—500° С скорость охлаждения масла равна 100° С в секунду.
___Скорость охлаждения при закалке зависит от температуры нагрева детали (от температуры аустенита). В справочниках приводится эта зависимость при закалке в горячем масле образца из стали SAE 1020 диаметром 20 мм. Выбор надлежащей закалочной среды при термической обработке весьма сложен и имеет не менее важное значение, чем выбор газовой среды при нагреве деталей. Этот вопрос стал особенно важным в последнее время в связи с широким применением ступенчатой и изотермической закалки. Минеральные масла, которые обычно не удовлетворяют требованиям ТУ вследствие легкой осмоляемости и низкой температуры вспышки. К числу таких масел относится, например, веретенное масло.
___Нельзя применять для закалки воду без строгого анализа ее, так как наличие минеральных солей в воде оказывает влияние на скорость закалки, кроме того, в ряде случаев приводит к большим затратам на ремонт трубопроводов (за короткий срок на стенках труб оседают соли и сужают их сечение). Так например, присадка к поде 10 вес. % поваренной соли резко повышает закаливающую способность воды — коэффициент закаливающей способности повышается с 1 до 1,96. Углекислый натрий повышает коэффициент закалки до 1,38, а присадка смеси солей магния, натрия или кальция — до 0,87. Загрязнение воды мылом снижает коэффициент закалки до 0,077. Из приведенных примеров видно, как велико значение состояния охлаждающей среды для закалки. Поэтому немало исследований проводится в области изучения закаливающей способности жидкостей.
___Важными показателями для масла являются кислотность и склонность к образованию асфальтенов. Нормы их содержания определяются на основании показателей, которые получаются при окислении масла, нагретого до 150°С в течение 45 ч при пропускании через него воздуха в присутствии медной стружки, являющейся катализатором.
___Скорость охлаждения в воде при 20°С равна 70° в секунду. Температура нагрева образцов находилась в интервале 720—1050°С. Излишняя скорость охлаждения приводит к образованию трещин и большой деформации. Практически подбирают такую скорость охлаждения, которая обеспечивает образование мартенсита. Но нельзя применять никакую охлаждающую среду без опробования. Особенно это относится к маслу потому, что его состав может изменяться, и потому, что температура масла и его состояние (спокойное или в движении) имеют большое значение для закаливаемости деталей. Скорость истечения масла при подаче его насосом из хранилища в бак оказывает такое же влияние на результат закалки, как и перемешивание его в баке с помощью пропеллеров. Рекомендуется скорость подачи масла поддерживать около 70 м/мин.
___Практически установлено, что наиболее пригодными минеральными маслами для ступенчатой или изотермической закалки являются очищенные парафинистые с содержанием асфальтенов не более 0,124%, а в парафинистом масле экстра — не более 0,008%. Нафтеновые масла имеют 1,361% асфальтенов. Кислотность парафинистых масел также ниже, чем нафтеновых, — соответственно 0,15 и 0,38%. Поэтому загрязнение парафинистого масла нафтеновым недопустимо.
___Существуют два метода определения закаливающей способности .масла: метод Гроссмана (по прокаливаемости образца диаметром 25 мм) и метод серебряного шарика. По методу серебряного шарика определяется в секундах время снижения температуры шарика с 850 до 600°С при охлаждении в масле. Некоторые результаты определения закаливающей способности масел по этому методу приводятся ниже.
___С повышением температуры масла скорость охлаждения в парафинистом масле больше. Парафинистые масла могут быть использованы в весьма большом температурном диапазоне. Закалка в парафинистом масле обеспечивает наиболее устойчивые результаты. Испытание на закаливаемость нельзя производить на свежем .масле. Качество масла определяют только после того, как оно было некоторое время в эксплуатации. Необходимо обращать внимание на изоляцию поверхности масла в закалочном баке от воздуха, так как воздух окисляет масло, причем образуются смолистые вещества, вызывающие загустение масла и снижение ого закаливающей способности. Масло должно находиться в герметическом баке под слоем азота или отходящих газов из цементационных печей.
___ 
___________________________________________
Запись опубликована в рубрике 7. Термическая обработка металлов с метками . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *