- •Институт металлургии и химии
- •Термическая обработка металлов и сплавов. Курс лекций.
- •Введение
- •1. Виды термической обработки стали
- •2. Основы теории термической обработки
- •2.1. Превращения в стали при нагревании
- •2.2. Рост зерна
- •2.3. Превращение переохлажденного аустенита
- •2.4. Мартенситное превращение и его особенности
- •2.5. Превращения при отпуске стали
- •3. Практика термообработки сталей
- •3.1. Отжиг сталей
- •3.2. Закалка сталей
- •3.3. Способы закалки
- •3.4. Поверхностная закалка
- •3.5. Отпуск стали
- •3.6. Отпускная хрупкость
- •3.7. Прокаливаемость сталей
- •4. Химико-термическая обработка стали
- •4.1. Цементация
- •4.2. Азотирование
- •4.3. Цианирование
- •4.4. Диффузионная металлизация
- •5. Термомеханическая обработка
- •5.1. Втмо сталей
- •5.2. Нтмо сталей
- •6. Легированные стали
- •6.1. Влияние легирующих элементов на полиморфное превращение в сталях
- •6.2. Взаимодействие легирующих элементов с железом и углеродом
- •6.3. Влияние легирующих элементов на фазовые превращения при термообработке
- •6 .4. Изменение твердости легированной стали при отпуске
- •6.5. Маркировка легированной стали
- •7. Конструкционные стали
- •7.1. Характеристика конструкционных сталей
- •7.2. Стали для холодной штамповки
- •7.3. Стали для строительных конструкций
- •7.4. Цементуемые стали
- •7.5. Улучшаемые стали
- •7.6. Высокопрочные стали
- •7.7. Рессорно-пружинные стали
- •7.8. Подшипниковые стали
- •7.9. Износостойкая аустенитная высокомарганцевая сталь
- •7.10. Инструментальные стали
- •8. Термическая обработка серого литейного чугуна
- •9. Термическая обработка алюминиевых сплавов
- •10. Старение железа
- •Заключение
- •Список литературы
8. Термическая обработка серого литейного чугуна
Чугунные отливки из серого чугуна очень часто подвергают термической обработке: отжигу, нормализации, закалке, отпуску, поверхностной закалке, азотированию и т. д.
Серый чугун подвергают отжигу для снятия остаточных литейных напряжений, для выравнивания твердости по сечению отливок и стабилизации их размеров. Иногда отжиг проводят для устранения местного отбела на отливках и улучшения их обрабатываемости.
Отжиг чугунного литья для снятия литейных напряжений проводят при 500-6500 в течение 2-5 час. (в зависимости от садки печи и размеров литья) с охлаждением с печью.
Отжиг для стабилизации размеров чугунных изделий, например станин металлообрабатывающих станков, проводится при. 600-650° с медленным охлаждением (30-50 град/час).
Для устранения частичного отбела чугунных отливок и улучшения их обрабатываемости проводится высокотемпературный графитизирующий отжиг с выдержкой при 900-950° в течение 3-4 час. и охлаждением с печью до 300-350°. При таком отжиге в отбеленных участках отливок происходит распад цементита на феррит и графит, вследствие чего белый или половинчатый чугун переходит в серый.
Термическая обработка для повышения прочности изделий из серого литейного чугуна, например нормализация или закалка, целесообразна только в том случае, если в структуре чугуна нет грубых выделений пластинчатого графита. Поэтому такой обработке с большим эффектом можно подвергать, например, изделия из чугуна с шаровидным графитом.
Нормализации обычно подвергают чугунные отливки простой формы и небольших сечений. Нормализация проводится при 850-900°. При таком нагреве часть углерода - графита растворяется в аустените и после охлаждения на воздухе металлическая основа получает структуру трооститовидного перлита с более высокой твердостью и лучше сопротивляется износу. Иногда для снятия напряжений после нормализации изделия подвергают отпуску при 500-600°.
Чугун закаливают от 850-880° в воде. Закалке можно подвергать чугуны, не только имеющие перлитную металлическую основу, но и чугуны с ферритной металлической основой, так как во время нагрева под закалку за счет растворения графита феррит насыщается углеродом. Твердость чугуна после закалки достигает 450-500 НВ независимо от исходной структуры металлической основы (перлит или феррит). Структура закаленного чугуна состоит из мартенсита со значительным количеством остаточного аустенита и выделений графита.
После закалки для уничтожения закалочных напряжений чугун подвергают отпуску. Чугунные изделия, предназначенные для работы на износ, отпускают при 200-350°. Чугунные отливки, не работающие на износ, подвергают отпуску при 450-600°. При отпуске закаленных чугунов твердость понижается значительно меньше, чем при отпуске стали, что объясняется наличием в структуре закаленного чугуна большого количества остаточного аустенита, а также высоким содержанием кремния, который повышает устойчивость мартенсита при отпуске.
Прочность мелких отливок из серого чугуна можно повысить изотермической закалкой: нагрев при 850-880°. охлаждение в селитре при 450-500° в течение одного часа.
Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом можно подвергать пламенной или высокочастотной поверхностной закалке
При этом хорошие результаты поверхностной закалки получаются только в том случае, когда основная металлическая структура является перлитной или же перлито-ферритной, в которой перлита не менее 70-75%. Нагрев при поверхностной закалке очень быстрый и проводится в течение очень короткого времени, поэтому получить закаленный слой с высокой твердостью на чугунных изделиях с ферритной металлической основой практически невозможно, так как за короткое время углерод не успевает в достаточной степени из гнезд графита продиффундировать в ферритные зерна.
Легированные серые чугуны и высокопрочные магниевые чугуны иногда подвергают азотированию. Азотирование проводится при 550-6000 в течение 50-60 час. Поверхностная твердость азотированных чугунных изделий достигает 600-800 HV и такие изделия имеют очень высокую износоустойчивость.
Во многих случаях хорошие результаты дает сульфинирова-ние чугуна, например сульфинированные поршневые кольца быстро прирабатываются, хорошо сопротивляются износу и срок их службы повышается в несколько раз.