Для устранения крупнозернистой структуры стали используют – Для устранения крупнозернистой структуры стали проводят …

alexxlab | 28.01.2020 | 0 | Разное

Крупнозернистость :: Дефекты стали

Описание. Для каждой марки стали нормальная структура характеризуется определенной (небольшой) величиной зерна. При образовании грубого зерна размер его во всем объеме или в отдельных участках существенно превышает эту величину. Поверхность разрушения имеет вид грубозернистого блестящего (кристаллического) излома. В микроструктуре при соответствующем увеличении наряду с мелкими зернами наблюдается большое число крупных зерен. Кроме того, после закалки можно обнаружить крупнокристаллическую структуру мартенсита (крупные иглы), а после улучшения — неравномерную   структуру. Крупнозернистая исходная структура перед закалкой. Устранение. Повторная нормализация и, например для поковок, повторная ковка при оптимальной температуре начала деформации и при возможно более низкой температуре конца ее; последующее использование поковок для изготовления изделий других размеров. В некоторых случаях возможно применение значительной холодной деформации (большое уменьшение поперечного сечения) с последующей правильно выбранной термической обработкой (например, в случае изготовления холоднокатаных и холоднотянутых труб). При очень крупнозернистой исходной структуре, например в крупных поковках, после однократной нормализации зерно остается еще слишком крупным, и поэтому необходимо предусмотреть повторную или многократную нормализацию (перекристаллизацию) с целью измельчения зерна. Если одновременно с крупнозернистостыо наблюдается пережог, то устранение дефекта невозможно; изделие бракуется. Примечание. Крупнозернистость уменьшает вязкость стали, и поэтому ее следует избегать. Для улучшения обрабатываемости низкоуглеродистых сталей и повышения магнитных свойств электротехнических сталей стремятся к получению крупного зерна (нагрев для получения крупного зерна, рек-ристаллизационный отжиг после холодной деформации на критическую степень).

Источник: Атлас дефектов стали. Пер. с нем. М. “Металлургия”, 1979.

markmet.ru

Крупнозернистая структура – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Крупнозернистая структура

Cтраница 1

Крупнозернистая структура вокруг дефекта сплавления свидетельствует о слишком длительном нагреве.  [1]

Крупнозернистая структура, соответствующая критической степени деформации, обладает низкими, неравномерными механическими свойствами. Она может привести к резкому снижению конструкционной прочности и катастрофическим авариям.  [3]

Крупнозернистая структура слитков, уменьшая величину поверхности границ на единицу объема, служит причиной высокой концентрации примесей по границам, что приводит к охрупчиванию литого металла.  [4]

Крупнозернистая структура слитков молибдена и вольфрама, полученных электроннолучевым способом, в значительной степени затрудняет их деформируемость. В связи с этим проблема измельчения зерна литого металла приобретает большое значение. Из слитка вольфрама диаметром 89 мм, весом 7 5 кг было получено ковкой выхлопное сопло диаметром 203 ям, а из слитка молибдена диаметром 140 мм и весом 13 кг отковано кольцо диаметром 406 мм и толщиной 39 мм.  [5]

Крупнозернистая структура, как мы хорошо знаем, характеризуется низкими механическими свойствами.  [6]

Крупнозернистая структура появляется при нагреве выше заданной температуры, завышенном времени выдержки.  [8]

Крупнозернистая структура приводит к образованию на штампованных изделиях шероховатой поверхности.  [10]

Крупнозернистая структура после литья и различных видов обработки металлов давлением может быть устранена также при нормализации сталей, которая вызывает полную фазовую перекристаллизацию.  [11]

Крупнозернистая структура приводит к образованию на штампованных изделиях шероховатой поверхности.  [13]

Крупнозернистая структура стали вызывает значительное падение свойств вязкости: изделия, подвергаемые динами ческим нагрузкам, должны иметь мелкозернистую структуру. Однако мелкозернистые стали несколько хуже обрабатываются резанием и отличаются срав нительно меньшей прокаливяемостыо.  [14]

Крупнозернистая структура металла шва, ориентированная по краям и равноосная в середине.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

www.ngpedia.ru

7.6. Способы поверхностного упрочнения сталей

Многие детали машин работают в условиях повышенного износа, циклических и динамических нагрузок (валы, шестерни и др.). Их поверхность должна иметь высокую твёрдость и износостойкость, а сердцевина – сохранять вязкость и воспринимать ударные нагрузки. Для повышения твердости, износостойкости и предела выносливости поверхностного слоя изделий применяют методы поверхностного упрочнения стали: поверхностную закалку и химико-термическую обработку (цементацию, азотирование и др.).

7.6.1. Поверхностная закалка стали с индукционным нагревом (закалка твч)

При поверхностной закалке ТВЧ для нагрева поверхности детали ее помещают в индуктор, через который пропускают токи высокой частоты. За счет создаваемого переменного магнитного поля в поверхностном слое металла возникают вихревые токи, что и вызывает прогрев на определенную глубину. Толщина закаленного слоя зависит от частоты тока, обычно она составляет от 1 до 4 мм.

Этот способ обеспечивает более высокие скорости нагрева и охлаждения, чем объемная печная закалка. Превращение перлита в аустенит происходит при более высоких температурах (880…980°C). Охлаждение детали производится путем распыления воды из форсунок. После закалки ТВЧ проводят низкий отпуск при температуре 160…200°C или самоотпуск.

Закалке ТВЧ подвергают среднеуглеродистые стали (0,4…0,5%С). После закалки и низкого отпуска на поверхности образуется структура мартенсита отпуска с твердостью до 60 HRC, что на 3…5 единиц больше, чем при печном нагреве. Сердцевина остается незакаленной, для обеспечения ее вязкости проводят предварительную термообработку: улучшение (структура – сорбит зернистый) или нормализацию (структура сорбит пластинчатый+феррит).

Закалка ТВЧ применяется для таких деталей как коленчатые и распределительные валы, шаровые пальцы, шестерни, зубчатые колеса и др.

7.6.2. Цементация

Цементация – это вид химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом. Цель цементации – повышение твёрдости и износостойкости поверхности при сохранении вязкой сердцевины.

Цементацию проводят при температуре 930…950°C в углеродсодержащей среде (карбюризаторе). В качестве карбюризатора чаще используют газовые среды, например, эндогаз (20%СО+40%h3+40%N2, с добавкой 5% Ch5). Основным источником атомарного углерода является окись углерода: 2СО→CO2+Cат. Атомы углерода, образующиеся в насыщающей среде, адсорбируются на поверхности детали, а затем диффундируют вглубь. Образуется диффузионный слой с повышенной концентрацией углерода, толщина которого зависит от температуры и длительности насыщения и составляет обычно 1…2 мм. Для получения слоя толщиной 1,5 мм цементацию проводят в течение 15 часов. Охлаждение после цементации ведут на воздухе.

Цементации подвергают малоуглеродистые стали (0,1…0,3%С). После цементации в поверхностном слое находится до 0,8…1,1%С, содержание углерода плавно уменьшается по глубине до исходной его концентрации в стали. Соответственно меняется структура от поверхности вглубь слоя от заэвтектоидной (П+ЦII), эвтектоидной (П) к доэвтектоидной (П+Ф).

Для получения окончательной структуры и свойств детали после цементации проводят закалку и низкий отпуск. Для наследственно мелкозернистых сталей закалку можно проводить непосредственно из цементационной печи, подстуживая детали до 860°C, затем дают низкий отпуск при 160-200°C. Для устранения крупнозернистой структуры сталей применяют повторный нагрев под закалку после цементации.

Окончательная структура поверхности изделия – МОТП+АОСТ+ЦII с высокой твердостью (58..64 HRC). Структура сердцевины углеродистых сталей – сорбит(перлит)+феррит, легированных – бейнит или малоуглеродистый мартенсит.

studfiles.net

Образование – крупнозернистая структура – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Образование – крупнозернистая структура

Cтраница 1

Образование крупнозернистой структуры при критической степени деформации объясняется следующим образом. При слабой ( критической) деформации создаются новые места контакта между соседними зернами, что при отсутствии или наличии малого числа центров роста обеспечивает получение крупного зерна. Кроме того, при небольшой деформации наряду со сравнительно сильно деформированными отдельными зернами имеется много слабо деформированных зерен.  [1]

Вследствие образования крупнозернистой структуры

несколько снижаются прочностные-свойства, термоусталость, ударная вязкость, повышается склонность к хрупкому разрушению.  [2]

Для предотвращения образования крупнозернистой структуры металла шва рекомендуют: сварку производить на ограниченной погонной энергии, в металл шва вводить модификаторы ( Ti, Al, Mo), измельчающие структуру, при многопроходной сварке последующие слои накладывать после полного охлаждения предыдущих.  [4]

Поэтому для предотвращения образования крупнозернистой структуры следует избегать этих деформаций за один нагрев.  [5]

Перегрев приводит к образованию крупнозернистой структуры, оксидных и сульфидных выделений по границам зерен в стали.  [6]

В целях сокращения зоны образования крупнозернистой структуры процесс сварки следует вести возможно быстрее и применять медные планки под кромки для отвода тепла. Газовая сварка хромистых сталей должна применяться в исключительных случаях. При сварке следует – пользоваться строго нормальным пламенем; избыток ацетилена, повышая содержание углерода, увеличивает твердость и уменьшает вязкость шва; избыток кислорода способствует выгоранию легирующих элементов. Метод сварки применять только левый. Пламя горелки не должно быть направлено на сварочную ванну. При газовой сварке следует применять флюс.  [7]

Пережог приводит не только к образованию крупнозернистой структуры, но и к окислению по границам зерен, что в дальнейшем может способствовать разрушению изделия.  [8]

При нагреве медь склонна к образованию крупнозернистой структуры в шве и околошовной зоне, что снижает механические свойства сварного соединения. Наличие в меди примесей серы, сурьмы, висмута, мышьяка и свинца даже в небольших количествах ухудшает ее свариваемость.  [9]

Перекристаллизация в условиях роста температур приводит к образованию более крупнозернистых структур.  [10]

В соседних участках затрудненной деформации создаются условия для образования крупнозернистой структуры.  [11]

Длительное пребывание стали при высоких температурах приводит к образованию крупнозернистой структуры перегрева. В такой стали избыточный феррит или цементит выделяется по границам зерна в виде грубой сетки или длинных пластин ( игл), перерезающих перлитные зерна. Структура перегрева является дефектной, так как сталь в таком состоянии резко охрупчивается, особенно при ударном нагружении. Восстановление пластичности стали и исправление структуры перегрева возможно путем повторного отжига II рода ( нормализации) при температурах немного выше Лез и Аст) и укороченных выдержках.  [12]

При слишком высоких температурах отжига и чрезмерно длительных выдержках происходит образование крупнозернистой структуры, называемой структурой перегрева. Перегрев стали возможен при нагреве слитков или заготовок для горячей деформации.  [13]

Металл третьего участка подвергается отжигу с перегревом, что приводит к образованию крупнозернистой структуры.  [14]

Чрезмерный перегрев алюминиевых сплавов вредно влияет на структуру и прочность алюминиевых сплавов, вызывая образование крупнозернистой структуры и мелких пор, подобных булавочным уколам.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Влияние размера зёрен на свойства стали

ТОП 10:

Па свойства стали влияет только действительный размер зерна, наследственный размер зерна влияния не оказывает. Если у двух сталей одной марки (одна наследственно крупнозернистая, другая наследственно мелкозернистая) при различных температурах термических обработок будет получен одинаковый действительный размер зерна, то свойства их будут одинаковыми. Если же размер зерна будет различный, то существенно будут различаться многие свойства стали. Надо отметить, что любое легирование, обусловливающее торможение диффузионных процессов будет сдерживать рост зерна, который контролируется диффузией. Следует отмстить, что термины — наследственно крупнозернистая и наследственно мелкозернистая сталь не обозначают того, что данная сталь имеет всегда крупное или всегда мелкое зерно. Наследственное зерно, полученное в стандартных условиях технологической пробы (рис. 96), указывает лишь на то, что при нагреве до определенных температур наследственно крупнозернистая сталь приобретает относительно более крупное зерно при более низкой температуре, чем сталь мелкозернистая. По склонности к росту зерна различают два предельных типа сталей: наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые. Наследственное зерно, полученное в стандартных условиях технологической пробы, указывает лишь на то, что при нагреве до определенных температур наследственно крупнозернистая сталь приобретает крупное зерно при более низкой температуре, чем наследственно мелкозернистая сталь. Обрабатываемость резанием стали с преобладающим количеством в микроструктуре феррита повышается при укрупнении зерна, что обеспечивается нормализацией с высоких температур. Наилучшей структурой для обрабатываемости резанием стали с преобладающим количеством в микроструктуре перлита является структура пластинчатого перлита с тонкой разорванной сеткой, получаемая в результате специального отжига или нормализации с последующим отпуском при 720° С. Наилучшей структурой для обрабатываемости резанием высокоуглеродистой стали (шарикоподшипниковой) является структура мелкозернистого (точечного) перлита [2]. Для грубой обдирки, для которой чистота обработки не имеет существенного значения, наиболее подходящей является „наследственно” крупнозернистая сталь. Мелкозернистая (номера зерна 5—8 по шкале ASTM) вязкая сталь является наиболее подходящей для цементации и чистовой обработки [7]. Горяче- и холоднокатаная и волочёная углеродистая сталь с содержанием углерода выше 0,40/0 и легированная с содержанием углерода выше 0,3% для улучшения обрабатываемости должна подвергаться отжи-гу [8]. Сталь, раскисленная только ферромарганцем (кипящая сталь) или ферромарганцем и ферросилицием, — наследственно крупнозернистая сталь, а сталь, дополнительно раскисленная алюминием, — мелкозернистая. Поэтому для определения зернистости необходимо знать зависимость размера зерна от температуры. Практически, однако, удобнее наследственную зернистость определять лишь размером зерна (соответствующим номером шкалы, рис. 182,а, • причем предварительно сталь должна быть нагрета до таких температур, при которых у наследственно мелкозернистой стали зерно еще не начнет расти (см. рис. 178), а у наследственно крупнозернистой стали уже вырастает.. Для обычных сортов конструкционной стали — эта температура 930°С. Стали, у которых при этой температуре номер зерна 1—4, принято считать наследственно крупнозернистыми, а стали с номером зерна 5—8 — наследственно мелкозернистыми. Наследственно мелкозернистая сталь не склонна к перегреву, т. е. интенсивный рост зерен начинается при значительно более высокой температуре, чем у наследственно крупнозернистой. Поэтому интервал температур закалки у наследственно мелкозернистых сталей значительно шире, чем у наследственно крупнозернистых. В наследственно мелкозернистой стали при нагреве до высоких температур (1000—1050°С) зерно увеличивается незначительно, однако при более высоком нагреве наступает бурный рост зерна. В наследственно крупнозернистой стали, наоборот, сильный рост зерна наблюдается даже при незначительном перегреве выше Act (рис, 107). Различная склонность к росту зерна определяется условиями раскисления стали и ее составом. Механические свойства стали (ударная вязкость, предел усталости и другие) зависят только от величины действительного зерна стали, т. е.< от размеров зерен, которые имеются в стали в данных конкретных условиях. Наследственная зернистость стали и величина начального зерна влияют косвенно, так как от них зависит размер действительного зерна. В конструкционной углеродистой стали из крупных зерен аустенита получаются при охлаждении крупные зерна феррита и перлита. Они являются действительным зерном стали при комнатной температуре. При правильном проведении режима термической обработки можно получить действительное мелкое зерно даже в наследственно крупнозернистой стали. В то же время при значительном перегреве выше Лс3 можно получить очень крупное зерно в наследственно мелкозернистой стали.     Вопрос23 Жаропрочные стали перлитного и мартенситного классов Стали перлитного классаСреди низколегированных сталей высокой жаропрочностью отличаются молибденосодержащие стали, например, хромомолибденовые, хромомолибденованадиевые, хромомолибденовольфрамованадиевые, имеющие достаточно высокие сопротивление ползучести и длительную прочность при температурах до 565–580 °С. Такие стали условно называют теплоустойчивыми. Химический состав теплоустойчивых сталей перлитного класса приведен в ГОСТ 20072–74, ГОСТ 4543–71, ТУ 14-1-1391–75. Они содержат 0,5–3,3 % Cr; 0,25–1,2 % Мо; 0,15–0,8 % V. Некоторые марки содержат 0,3–0,8 % W либо Nb.Эти стали применяют для изготовления различных деталей в котлостроении, работающих длительное время (10 000–100 000 ч) при температурах 500–580 °С, в частности, для паропроводных и пароперегревательных труб, а также для проката и поковок, используемых в турбинах и паровых котлах высокого давления.Механические свойства сортового металла из перлитных сталей, предусмотренные ГОСТ или существующими ТУ, а также рекомендуемые режимы термической обработки приведены в табл. 12.1. Механические свойства при повышенных температурах, определяемые кратковременным испытанием на растяжение, как правило, не регламентируются. Решающее значение имеют нормы длительной прочности и ползучести при рабочих температурах в зависимости от длительности службы за время 10 000–100 000 ч .Стали мартенситного классаСтали мартенситного класса содержат 4,5–12 % Cr, а также в значительно меньшем количестве Ni, W, Mo, V. Стали марок 15Х5, 15Х5М, 15Х5ВФ и 15Х8ВФ широко применяют для изготовления элементов аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов – деталей насосов, задвижек, крепежных деталей, крекинговых труб, работающих при температурах 550–600 °С. Стали этой же группы с более высоким содержанием Cr (6–10 %) и с повышенным содержанием Si (2–3 %), в основном, применяют для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания.Сталь 11Х11Н2ВМФ применяют для дисков компрессоров и для других деталей, работающих при температурах до 600 °С с ограниченным сроком службы. Вопрос24 Ковкий чугун Ковкий чугун находит применение в мелких деталях судового оборудования и снабжения: иллюминаторы, уключины, мачтовые скобы, брештуки, детали паровой и водяной арматуры и т. п. К отливкам из ковкого чугуна прибегают в тех случаях, когда изготовление из серого чугуна ненадежно, из литой стали трудно выполнимо, л из кованой будет дорога обработка. По своим механическим качествам ковкий чугун занимает среднее место между серым чугуном и литой или кованой сталью. Хотя этот материал носит название ковкого, но ковкость его относительна и ограничена, и ковка в горячем состоянии возможна лишь в таких тонких частях, которые совершенно обезуглерожены или не имеют в массе неразложенного отжигом перлита. Деформации в холодном состоянии ковкий чугун выдерживает тоже в ограниченных размерах, так как большой вязкостью не обладает.Различают два рода ковкого чугуна: европейский с белым изломом и американский с черным изломом. Шихта ковкого чугуна составляется на белый чугун; отливка производится в вагранках, пламенных печах, мартеновских и электрических. Весь углерод находится в связанном состоянии —в отливке нет свободного углерода в виде графита.Отливки белого чугуна подвергаются длительному отжигу — в течение 5—7 дней. По американскому способу отливки отжигаются в песке и весь углерод цементита обращается в графит. Структура отожженного чугуна феррит + графит; в середине темный излом. По европейскому способу отжиг производится в смеси песка с окалиной; графит окисляется и в изломе его практически нет. В изломе наружная корка состоит из феррита, а сердцевина из перлита -{-феррит. Излом светлый.Химический анализ ковкого чугуна: С =1,8 — 3,0%; Si=0,4 — 1,2%; Мп = 0,2 — 0,6%; Р = 0,05 — 0,1%; S _ 0,04 — 0,1%.Mn, P и S и в особенности S отрицательно действуют на процесс графитизации.Отливки из ковкого чугуна сравнительно мелкие при толщине стенки отливки 5—8 мм; наибольшая толщина отливок по европейскому способу 20 мм, по американскому 75 мм.При высоких температурах ковкий чугун до 400а сохраняет величину временного сопротивления, затем сопротивление падает сначала медленно, с 480 > падение идет быстро и при 650° временное сопротивление составляет около а/5 начальной величины. В отношении коррозии ковкий чугун считается наиболее устойчивым по сравнению с серым чугуном и сталью. Его поверхность — обычно ровная и гладкая — состоит из чистого феррита и потому, как совершенно однородная, она не дает в электролите микропар вследствие разности потенциалов отдель ных точек на поверхности. Такая однородная поверхность легко покрывается цинком, оловом, что невозможно для изделий из серого чугуна.Испытание отливок ковкого чугуна. Технические условия определяются ОСТ/НКТП 8826/2177. Поверка качеств отливок производится:а) наружным осмотром, обмером;б) испытанием контрольных образцов для определения временного сопротивления на разрыв и относительного удлинения;в) испытанием на твердость;г) проверкой отливок на качество отжига по виду излома;д) испытанием отливок на микроструктуру.Испытание на твердость производится на отливках в. местах, подлежащих обработке, для чего необходимо предварительно снять поверхность отливки в местах испытания не менее чем на 1 мм. Твердость по Бринелю определяется шариком диаметром 5 мм под нагрузкой 750 кг, время действия нагрузки не менее 10 сек. Количество отливок, отбираемых для испытания на твердость, определяется соглашением заказчика с заводом-изготовителем.Испытание изломом. Отливки весом более 5 кг, если конфигурация позволит, должны иметь специальные приливы (ушки) толщиной, соответствующей средней толщине отливки, но не более 16 х 19 мм. В отливках длиной > 600 мм такие приливы должны быть у каждого конца; ушки должны быть расположены в местах, допускающих свободный их отлом приемщиком. Вопрос25 Отжиг первого родаОтжиг первого рода. Это отжиг, при котором, как правило не происходит фазовых превращений (перекристализации), а если они имеют место, то не оказывают влияния на конечные результаты. Различают следующие разновидности отжига первого рода: гомогенизационный, рекристаллизационный и уменьшающий напряжения. Гомогенизационный отжиг, или гомогенизация, применяется для выравнивания химической неоднородности (за счет диффузии) зерен твердого раствора, т. е. уменьшения микроликвации в фасонных отливках и в слитках главным образом из легированной стали. В процессе гомогенизации слитки нагревают до 1100-1200°С, выдерживают при этой температуре 8—15 ч, а затем медленно охлаждают до 200—250 °С. Продолжительность отжига 80 – 110 часов. Рекристаллизационному отжигу подвергают сталь,деформированную в холодном состоянии (см. гл. 2). Наклеп может оказаться столь большим, что сталь становится мало пластичной и дальнейшая деформация становится невозможной. Для возвращения стали пластичности и возможности дальнейшей деформации изделия проводят рекристализационный отжиг. При нагреве холоднодеформированной (наклепанной) стали до температуры 400—450 °С изменений в строении стали не происходит, механические свойства изменяются незначительно и только снимается большая часть внутренних напряжений. При дальнейшем нагреве механические свойства стали резко изменяются: твердость и прочность понижаются, а пластичность повышается (рис. 9.1). Это происходит в результате изменения строения стали. Вытянутые в результате деформации зерна становятся равноосными. Рекристаллизация начинается с появления зародышей на границах деформированных зерен. В дальнейшем зародыши растут за счет деформированных зерен, в связи с чем происходит образование новых зерен, пока деформмированных зерен совсем не останется (рис. 9.1). Под температурой рекристаллизации подразумевается температура, при которой в металлах, подвергнутых деформации в холодном состоянии, начинается образование новых зерен. А. А. Бочвар установил зависимость между температурой рекристаллизация температурой плавления стых металлов: Трекр = 0,4 Тпл, где Трскр и Тпл — соответственно температуры рекристаллизации и плавления в кельвинах по термодинамической шкале. Температуры рекристаллизации для некоторых металлов таковы: Молибден___ 900 °С Медь___270 °С Железо_____ 450 °С Свинец__-30°С В связи с тем что при температуре рекристаллизации процесс образования новых зерен происходит очень медленно, для ускорения процесса холоднодеформированные металлы и сплавы нагревают до более высокой температуры, например углеродистую сталь до 600 – 700 °С, медь до 500—700 °С. Эти температуры и являются температурами рекристаллизационного отжига. В зависимости от степени деформации размер зерна стали после рекристаллизации получается различный. При определенной степени деформации (для стали 7—15 %) после рекристаллизации получаются очень большие зерна. Такая степень деформации называется критической степенью деформации. Во избежание сильного роста зерна при рекристаллизации деформацию стали заканчивают со степенью обжатия, больше чем критическая степень деформации, или проводят отжиг с полной фазовой перекристаллизацией. Отжиг, уменьшающий напряжения. Это нагрев стали до температуры 200—700 °С (чаще до 350—600 °С) и последующее охлаждение с целью уменьшения внутренних напряжений после технологических операций (литье, сварка, обработка резанием и др.)   Вопрос26 

infopedia.su

4.2. Термическая обработка углеродистых сталей

Свойства сплава зависят от его структуры. Основным способом, позволяющим изменять структуру, а следовательно, и свойства является термическая обработка.

Основными видами термической обработки углеродистых сталей являются: отжиг, нормализации и закалка с отпуском.

Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, выполняемых в определенной последовательности при определенных режимах, с целью изменения внутреннего строения сплава и получения нужных свойств.

Любая разновидность термической обработки состоит из комбинации четырех основных превращений, в основе которых лежит стремление системы к минимуму свободной энергии.

Режимы термической обработки назначают в соответствии с диаграммой состояния и диаграммой изотермического распада аустенита.

Нагрев может осуществляться в нагревательных топливных или электрических печах, в соляных ваннах или ваннах с расплавленным металлом.

С точки зрения повышения производительности термической операции, ее надо проводить с максимальной скоростью нагрева. Кроме того, быстрый нагрев уменьшает образование окалины, замедляет обезуглероживание и рост аустенитного зерна. Однако необходимо учитывать, что перепад температур по сечению ведет к возникновению термических напряжений. Если растягивающие напряжения превысят предел прочности или предел текучести, то возможно коробление заготовки или образование трещин.

Отжиг – подготовительная термическая обработка отливок и поковок, производимая с целями: 1) измельчение зерна и уменьшение структурной неоднородности; 2) снятие внутренних напряжений; 3) повышение пластичности; 4) улучшение обрабатываемости резанием (снижение твердости).

В зависимости от температуры нагрева различают следующие виды отжига.

Полный отжиг применяется для доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей. Он заключается в нагреве стали на 30-50 °С выше линии GS (см. рис. 22), выдержки при этой температуре и медленном охлаждении.

Подлежащие отжигу заготовки загружаются в печь, разогретую до рабочей температуры. Время выдержки при этой температуре зависит от химического состава стали, формы и размеров заготовки. Ориентировочно время нагрева и выдержки определяется как 0,5-1,0 ч на каждые 25 мм диаметра или мини­мальной ширины заготовки.

Скорость охлаждения при отжиге должна быть такова, чтобы обеспечить распад аустенита и превращение его в перлит. Для этого легированные стали охлаждают со скоростью 70-100 °С/ч, а углеродистые – со скоростью 150-200 °С/ч. После распада аустенита, то есть от температур порядка 600-500 °С охлаждение можно проводить не в печи, а на воздухе (для снижения энергоза­трат).

В результате полного отжига доэвтектоидные стали приобретают мелкую ферритно-перлитную, а заэвтектоидные – перлитную структуры.

Неполный отжиг применяют для заэвтектоидных сталей. Он заключается в нагреве стали на 10-30 °С выше линии PSK, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении в печи со скоростью 20-60 °С/ч до температуры 650-700 °С. Дальнейшее охлаждение ведется на воздухе.

В результате неполного отжига заэвтектоидные стали приобретают струк­туру зернистого перлита. При закалке стали с такой структурой менее склонны к образованию трещин и деформации.

Нормализация (нормализованный отжиг) проводится с целью:

– устранения крупнозернистой структуры (то есть для измельчения зерна) заготовок после литья, ковки, штамповки и прокатки;

– улучшения обрабатываемости резанием;

– подготовки структуры металла к последующей окончательной термо­обработке: закалке и отпуску;

– иногда и как окончательная термообработка, формирующая структуру и свойства стали.

При нормализации детали нагревают на 50 °С выше линии GS (для доэв­тектоидных) или линии SE (для заэвтектоидных) сталей, непродолжительное время (не­сколько минут) выдерживают при этой температуре и охлаждают на спокойном воздухе.

В результате формируется мелкодисперсная структу­ра перлита, что повышает прочность и твердость стали по сравнению с ото­жженной. Нормализация более экономична по сравнению с отжигом, поскольку время выдержки меньше и охлаждение ведется на воздухе, а не в печи.

Закалка – термическая обработка, направленная на получение требуемой твёрдости конструкционного материала.

Для сталей в зависимости от температуры нагрева различают полную и неполную закалку.

Полная закалка заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30-50 °С выше линии GS, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении.

Нагрев под закалку проводят в печах различной конструкции: с электриче­ским или газовым обогревом в расплавах свинца, стекла и солей; в муфельных пе­чах; в установках с индукционным нагревом токами высокой частоты (ТВЧ) или лазерными лу­чами, а также другими способами.

Время выдержки в печи определяется так же, как и при отжиге.

Быстрое охлаждение достигается использованием охлаждающих сред: во­ды, растворов солей и щелочей, минеральных масел.

При прогреве заготовки по всему сечению получается объёмная закалка, в результате которой структура и твердость материала по всему сечению изделия получаются одинаковыми.

Структура стали после полной закалки состоит из мелкоигольчатого мар­тенсита и небольшого количества остаточного аустенита.

Мартенсит – твердый раствор углерода в α-железе. Мартенсит имеет структуру, состоящую из очень мелких пластин – игол. Мартенсит образуется из аустенита в результате его быстрого охлаждения. Он обладает высокой твердо­стью (55…65HRC).

Сталь, закалённая на мартенсит, находится в сильно напряжённом состоя­нии, отличается высокой хрупкостью и поэтому не пригодна для практического использования.

Неполная закалка применяется для заэвтектоидных сталей и заключается в нагреве стали до температуры на 35-60 °С выше линии PSK и последующем резком охлаждении.

Окончательно структура и свойства стали формируется в процессе отпуска.

Отпуск – окончательная операция термообработки закаленных на мартенсит сталей. Она заключается в нагреве закалённой стали до температуры ниже линии PSK, выдержке при температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью.

Цель отпуска – уменьшение внутренних напряжений и снижение хрупкости закаленной стали.

Механические свойства закаленной и отпущенной стали связаны с её твер­достью. Поэтому в качестве режима отпуска задается требуемая твердость. Нужную твердость можно получить, варьируя температуру и время отпуска. Время отпуска обычно не превышает 1,5-3 часов. Зная состав стали, требуемую твердость и задав время отпуска по специальным таблицам, определяют его температуру.

Различают три вида отпуска.

Низкий отпуск (120-250 °С) применяют для изделий, от которых требует­ся высокая твердость и износостойкость (например, режущий и измерительный инструмент). Цель – уменьшение остаточных напряжений после закалки. Структура стали – мартенсит отпуска и остаточный аустенит.

Средний отпуск (350-450 °С) проводится при необходимости сочетания высокой прочности с упругостью и достаточной вязкостью материала изделий (рессоры, торсионы, пружины). Структура стали – троостит отпуска.

Высокий отпуск (450-680 °С) широко применяют для изделий, которые должны обладать и достаточной прочностью, и хорошей сопротивляемостью ударным нагрузкам (валы, шатуны и так далее). Структура стали – сорбит отпуска.

В машиностроении часто требуется получить изделие, вязкое внутри, но твёрдое и износостойкое снаружи. Для этого исполь­зуют высокочастотные индукторы, обеспечивающие прогрев детали на задан­ную, обычно небольшую (до 1-1,5 мм) глубину. Толщина закаленного слоя при поверхностной закалке определяется глубиной нагрева. Закалка ТВЧ называется поверхностной.

Поверхностная закалка проводится с целью упрочнения поверхности стальной детали. В результате такой закалки увеличивается твердость поверхностного слоя детали с одновременным повышением сопротивления истиранию и предела выносливости.

Общим для всех видов поверхностной закалки является нагрев поверхностного слоя детали до температуры закалки с последующим быстрым охлаждением. Различие заключается в методах нагрева деталей.

Наибольшее распространение имеют электротермическая закалка с нагревом изделий токами высокой частоты и газопламенная закалка с нагревом газово-кислородным или кислородно-керосиновым пламенем.

Структура поверхностного слоя после закалки состоит из мартенсита, мартенсита и феррита. Глубина закаленного слоя может достигать 2-4 мм, твердость 50…56 HRC.

Метод применяется для закалки крупных изделий, имеющих сложную поверхность (коленчатые валы, косозубые шестерни, червяки), для закалки стальных и чугунных прокатных валков. Используется как в массовом, так и в единичном производстве, а также при ремонтных работах.

При нагреве крупных изделий горелки и охлаждающие устройства перемещаются вдоль изделия, а мелких деталей – наоборот.

Недостаток метода – невысокая производительность и сложность регулирования глубины закаленного слоя и температуры нагрева (возможность перегрева).

Закалка токами высокой частоты основана на том, что если в переменное магнитное поле, создаваемое проводником-индуктором, поместить металлическую деталь, то в ней будут индуцироваться вихревые токи, вызывающие нагрев металла. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой.

Обычно используются машинные генераторы с частотой 50-15000 Гц и генераторы с частотой больше 10⁶ Гц. Глубина закаленного слоя – до 2 мм.

Индукторы изготавливаются из медных трубок, внутри которых циркулирует вода, благодаря чему они не нагреваются. Форма индуктора соответствует внешней форме изделия, при этом необходимо соблюдать постоянство зазора между индуктором и поверхностью изделия.

Схема технологического процесса закалки ТВЧ представлена на рис. 23.

Рис. 23. Схема технологического процесса закалки ТВЧ

 После нагрева в течение 3-5 секунд деталь 1 быстро перемещается из индуктора 2 в специальное охлаждающее устройство – спрейер 3, через отверстия которого на нагретую поверхность разбрызгивается закалочная жидкость.

Высокая скорость нагрева смещает фазовые превращения в область более высоких температур. Температура закалки при нагреве ТВЧ должна быть выше, чем при обычном нагреве.

При правильных режимах нагрева после охлаждения получается структура мелкоигольчатого мартенсита. Твердость повышается на 2-4 единицы по шкале HRC по сравнению с обычной закалкой, возрастает износостойкость и предел выносливости.

Перед закалкой ТВЧ изделие подвергают нормализации, а после закалки низкому отпуску при температуре 150-200 ^oС (самоотпуск).

Наиболее целесообразно использовать закалку ТВЧ для изделий из сталей с массовой долей углерода более 0,4 %.

Преимущества метода:

– большая экономичность, нет необходимости нагревать все изделие;

– обеспечение более высоких механических свойств материала;

– отсутствие обезуглероживания и окисления поверхности детали;

– снижение брака по короблению и образованию закалочных трещин;

– возможность автоматизации процесса;

– использование закалки ТВЧ позволяет заменить легированные стали на более дешевые углеродистые без ухудшения механических свойств;

– возможность проводить закалку лишь отдельных участков детали.

Основной недостаток метода – высокая стоимость индукционных установок и индукторов, поэтому его целесообразно использовать в серийном и массовом производстве.

Также к процессам термической обработки относится старение, которое проводится для ответственных деталей требующих высокую стабильность формы в процессе эксплуатации, в основном – конструктивных элементов станочного оборудования. Старение применяется к материалам, подвергнутым закалке без полиморфного превращения.

Закалка без полиморфного превращения – термическая обработка, фиксирующая при более низкой температуре состояние, свойственное сплаву при более высоких температурах (пересыщенный твердый раствор).

Старение – термическая обработка, при которой главным процессом является распад пересыщенного твердого раствора.

В результате старения происходит изменение свойств закаленных сплавов. В отличие от отпуска, после старения увеличиваются прочность и твердость и уменьшается пластичность. Старение сплавов связано с переменной растворимостью избыточной фазы, а упрочнение при старении происходит в результате дисперсионных выделений при распаде пересыщенного твердого раствора и возникающих при этом внутренних напряжений.

В стареющих сплавах выделения из твердых растворов встречаются в следующих основных формах: тонкопластинчатой (дискообразной), равноосной (сферической или кубической), игольчатой.

Форма выделений определяется конкурирующими факторами: поверхностной энергией и энергией упругой деформации, стремящимися к минимуму.

Поверхностная энергия минимальна для равноосных выделений. Энергия упругих искажений минимальна для выделений в виде тонких пластин.

Основное назначение старения – повышение прочности и стабилизация свойств.

Различают старение естественное, искусственное и после пластической деформации.

Естественное старение – самопроизвольное повышение прочности и уменьшение пластичности закаленной детали, происходящее в процессе его выдержки при нормальной температуре.

Нагрев сплава увеличивает подвижность атомов, что ускоряет процесс.

Искусственное старение – повышение прочности в процессе выдержки детали при повышенных температурах.

Предел прочности, предел текучести и твердость стали с увеличением продолжительности старения возрастают, достигают максимума и затем снижаются (явление перестаривания)

При естественном старении перестаривания не происходит. С повышением температуры стадия перестаривания достигается раньше.

Деформационное старение – деталь из закаленной стали, имеющей структуру пересыщенного твердого раствора, подвергается пластической деформации, при этом протекают процессы старения.

Старение охватывает все процессы, происходящие в пересыщенном твердом растворе: процессы, подготавливающие выделение, и сами процессы выделения.

Для практики большое значение имеет инкубационный период – время, в течение которого в закаленном материале совершаются подготовительные процессы, когда сохраняется высокая пластичность. Это позволяет проводить холодную деформацию после закалки.

Если при старении происходят только процессы выделения, то явление называется дисперсионным твердением.

После старения повышается прочность и снижается пластичность низкоуглеродистых сталей в результате дисперсных выделений в феррите цементита третичного и нитридов.

Старение является основным способом упрочнения алюминиевых и медных сплавов, а также многих жаропрочных сплавов.

Обработка стали холодом.  Высокоуглеродистые и многие легированные стали имеют температуру конца мартенситного превращения (М_к) ниже 0 ^oС. Поэтому в структуре стали после закалки наблюдается значительное количество остаточного аустенита, который снижает твердость изделия, а также ухудшает магнитные характеристики. Для устранения аустенита остаточного проводят дополнительное охлаждение детали в области отрицательных температур, до температуры ниже температуры превращения М_к (минус 80 ^oС). Обычно для этого используют сухой лед.

Такая обработка называется обработкой стали холодом.

Обработку холодом необходимо проводить сразу после закалки, чтобы не допустить стабилизации аустенита. Увеличение твердости после обработки холодом обычно составляет от 1 до 4 единиц по шкале HRC.

После обработки холодом сталь подвергают низкому отпуску, так как обработка холодом не снижает внутренних напряжений.

Обработке холодом подвергают детали шарикоподшипников, точных механизмов, измерительные инструменты.

studfiles.net

Крупнозернистая структура – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Крупнозернистая структура

Cтраница 2

Крупнозернистую структуру титана и его сплавов в принципе можно исправить термообработкой, подобной той, какую применяют для стали, а именно двойной фазовой перекристаллизацией. Измельчение зерна при такой термообработке происходит за счет внутрифазно-го наклепа при фазовых превращениях и последующей рекристаллизации при повторном нагреве.  [16]

Образование крупнозернистой структуры при критической степени деформации объясняется следующим образом. При слабой ( критической) деформации создаются новые места контакта между соседними зернами, что при отсутствии или наличии малого числа центров роста обеспечивает получение крупного зерна. Кроме того, при небольшой деформации наряду со сравнительно сильно деформированными отдельными зернами имеется много слабо деформированных зерен.  [17]

При крупнозернистой структуре на графике в зависимости от времени или пути ( рис. 33.13) получают высокую амплитуду рассеяния, которая из-за многократности рассеяния круто падает во времени.  [19]

В – крупнозернистая структура, М – мелкозернистая.  [20]

При наличии крупнозернистой структуры разрушение феррита начинается с границ зерен, так как в этом случае границы являются слабыми участками в структуре металла из-за грубого строения и начиная в пограничном слое коагулированных карбидов и других сфероидизированных выделений. Уменьшение вязкости и увеличение хрупкости ферритных сталей приводит к заметному снижению их эрозионной стойкости.  [21]

Вследствие образования крупнозернистой структуры несколько снижаются прочностные-свойства, термоусталость, ударная вязкость, повышается склонность к хрупкому разрушению.  [22]

Однако наличие крупнозернистой структуры нежелательно, так как считается, что крупные зерна являются причиной появления выпуклостей и вздутий на поверхности тепловыделяющего элемента. Поэтому для создания улучшенных тепловыделяющих элементов было бы чрезвычайно полезно создать такой метод термообработки, который позволил бы измельчить зерно, возникшее после горячей обработки в у-фазе, и в то же время сохранить желаемую беспорядочную ( квазиизотропную) кристаллическую структуру.  [24]

Металл имеет крупнозернистую структуру.  [25]

Он вызывает крупнозернистую структуру с блестящим изломом и, следовательно, ухудшает механические свойства стали. Для измельчения зерна и подготовки структуры для повторной закалки перегретую сталь необходимо подвергать отжигу.  [26]

Поковки имеют крупнозернистую структуру, поэтому для измельчения ее и получения необходимой прочности они проходят отжиг, нормализацию, нормализацию с высоким отпуском или улучшение.  [27]

Металл имеет более крупнозернистую структуру, чем при сварке тонких листов.  [28]

Перегрев характеризуется крупнозернистой структурой с игольчатым строением феррита. При перегреве ударная вязкость металла уменьшается.  [29]

Перегрев характеризуется крупнозернистой структурой с игольчатым ( видманштеттовым) строением феррита и низкой ударной вязкостью.  [30]

Страницы:      1    2    3    4    5

www.ngpedia.ru