2. Основи термічної обробки сталі

Основні поняття. Теплову обробку сталі, внаслідок якої змінюються її властивості, називають термічною. При цьому деталі нагрівають до певної температури, витримують та охолоджують. Під час термічної обробки змінюється внутрішня будова (структура) металу, а також фізичні, механічні та технологічні властивості. Змінюючи температурний режим обробки, досягають бажаних властивостей металу.

Основними видами термічної обробки сталі є відпалювання, нормалізація, гартування і відпускання.

Відпалювання і нормалізація. Нагрівання сталі до певної температури, витримування її при цій температурі та наступне охолодження називається відпалюванням. Його застосовують з метою усунення внутрішніх напруг, зменшення твердості, поліпшення структури і оброблюваності сталі. Щоб відпалити сталь, її нагрівають на 30...50 °С вище лінії GSK (рис. 1,а), витримують при цій температурі з метою повного прогрівання металу та повільно охолоджують разом з піччю.

Якщо після нагрівання і витримування сталь охолоджують на повітрі, такий вид термічної обробки називається нормалізацією. При цьому сталь з вмістом вуглецю до 0,8 % нагрівають до такої ж температури, що і при відпалюванні. Сталь з вмістом вуглецю понад 0,8 % нагрівають на 30...50° вище лінії SE.

Нормалізацією також поліпшують в'язкість сталі, але при охолодженні деталей на повітрі цей процес відбувається значно швидше.

Гартування і відпускання. Нагрівання сталі до певної температури, витримування та наступне швидке охолодження називається гартуванням. Мета гартування — підвищити твердість і міцність деталей. Для гартування сталь (рис. 1,6) нагрівають на 30...50° вище лінії GSK.

Для охолодження деталей під час гартування застосовують воду, розчини солей, мінеральне масло тощо. Слід пам'ятати, що тіісля гартування збільшується міцність і твердість деталі, але метал стає менш пластичним і ударна в'язкість його знижується. Повільне охолодження під час гартування зменшує твердість та збільшує пластичність, швидке — надає високої твердості, але збільшує крихкість сталі .й призводить до виникнення тріщин. Щоб деталь мала в'язке осердя і тверду, стійку проти спрацювання поверхню, застосовують поверхневе гартування. При цьому Деталь нагрівають полум'ям, струмами високої частоти або в електролітах.

Після гартування сталі для усунення крихкості, зняття внутрішніх напруг та зменшення твердості здійснюють відпускання. Для цього деталь нагрівають до температури. Пінопласт — це газозаповнена пластмаса, легкий і має добрі звуко- і теплоізоляційні властивості.

Вініпласт не вступає у реакції з продуктами і стійкий проти дії лугів та кислот, його застосовують для виготовлення труб та арматури.

Поліетилен — високомолекулярне з'єднання, яке одержують шляхом полімеризації і має високу пластичність та стійкість проти корозії. З поліетилену виготовляють водопровідні труби, окремі деталі вузлів машин. Сінаж і силос на фермах укривають поліетиленовою плівкою ГЩ-4.

Полістирол характеризується високою міцністю і корозійною стійкістю. З нього виготовляють деталі для роботи в умовах динамічних навантажень (робочі колеса заглибних водяних насосів та ін.).

Гуму застосовують як конструкційний та електроізоляційний матеріал. З гумових матеріалів виготовляють камери, шини, приводні паси, всмоктувальні та напірні рукави, дійкову гуму й шланги доїльних машин (гума типу II — для харчових продуктів), гумово-металеві підшипники (заглибних насосах), амортизатори, каркасні сальники, манжети та ін.

Найчастіше гуму виробляють із синтетичного каучуку, до якого додають 1...5 % сірки. Після короткочасного нагрівання до температури 130...140 °С (вулканізація) одержують гуму, яка має високу еластичність, міцність та стійкість проти дії води. До гуми додають наповнювачі, вулканізатори, прискорювачі вулканізації, підсилювачі, пом'якшувачі, антиокислювачі та барвники.

Прискорювачі вулканізації (окисли кальцію, магнію, свинцю) скорочують час вулканізації гуми. Підсилювачі (сажа, каолін тощо) поліпшують механічні властивості гуми — пружність, стійкість проти стирання тощо. Пом'якшувачі (каніфоль, парафін) дозволяють полегшити процес формування виробів з гуми. Антиокислювачі, зменшуючи окислення гуми, подовжують їх довговічність. Барвниками надають гумі різного кольору.

Електроізоляційні матеріали. Як електроізоляційний матеріал використовують гуму, прогумовану та поліетилен-хлоридну ізоляційну стрічку ПХЛ. Для ізоляції електропускової і регулювальної апаратури застосовують також ебоніт, картон, електроізоляційні та прокладні матеріали, слюду.

Гума (оболонка електричних проводів, ізоляційна стрічка) при високих і низьких температурах стає нееластичною і тріскається, тому ширше застосовують ебоніт, який одержують при добавлянні до каучуку значної кількості сірки (20...25 %) і триваліший, ніж для гуми, вулканізації суміші. Він характеризується високою міцністю, має добрі електроізоляційні властивості, стійкий проти дії кислот; його використовують як листовий матеріал та у вигляді формованих електроізоляційних деталей.

Електроізоляційний картон виготовляють з сульфатної целюлози і ганчіркового волокна; характеризується добрими електроізоляційними властивостями, термостійкістю й довговічністю. Електроізоляційний картон групи ЕВ (пресшпон) використовують для ізоляції електродвигунів, виготовлення корпусів котушок тощо.

Фібру готують пресуванням кількох шарів паперу, просоченого розчином хлорного цинку; вона має високу міцність і добрі електроізоляційні властивості. До недоліків належить її висока гігроскопічність.

До текстобавовняних електроізоляційних матеріалів, які використовують при виготовленні і ремонті електричних машин, належать кіперна, міткалева, тафтяна і батистова стрічки. Для ізоляції застосовують також бавовняні і шовкові лакотканини.

Слюда — найкращий природний ізоляційний матеріал, що характеризується високою термо- і вологостійкістю. На основі слюди виготовляють такі електроізоляційні матеріали, як мікастрічку, мікалекс, міканіт. Добрими електроізоляторами є також мармур і фарфор.

Прокладні матеріали. До прокладних, ущільнювальних і набивних матеріалів належать азбест, пароніт, технічна повсть та ін.

Азбест характеризується високою вогнестійкістю й низькою теплопровідністю. Його використовують для ізоляції гарячих труб, димоходів та ін.

Пароніт, до складу якого входить азбест, каучук та наповнювачі, застосовують для ущільнення металевих поверхонь, які працюють у середовищі води й пари при температурі до 450 °С і тискові до 50..,70 Н/мм2 (арматура і паропроводи котельних установок, котлів-пароутворювачів, запарників-змішувачів кормів, пастеризаторів, пропарювачів фляг та ін.).

Клінгерит — листовий матеріал, який виготовляють із суміші азбесту та графіту, сурику, окису заліза й каучуку. Застосовують у з'єднаннях машин, що працюють при температурі до 200 °С і тискові до 120 Н/мм2.

Технічну повсть найчастіше використовують для виготовлення сальників підшипникових вузлів тощо.