Учебные материалы
Для преподавателей
Работы студентов
Справочная и техническая литература
Статьи по темам

Гартування сталі

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 4.30 (5 Голосов)

Гартування застосовують для підвищення твердості і міцності сталі. Тому гартування називають заключною операцією виготовлення сталевих виробів і деталей.

Гартування — це операція, при якій сталь нагрівають на 30...50 °С вище від точки Ас1 або Аст, витримують за цієї температури, а потім швидко охолоджують. У результаті такої обробки в сталі, як правило, формується мартенситна структура, тому твердість і міцність її досягають максимального значення.

Нагрівання при гартуванні потрібне для переведення структури сталі в стан аустеніту, а швидке охолодження — для запобігання розпаданню аустеніту на феритно-цементитні суміші (троостит, сорбіт) і для переохолодження його до температури аустенгтномартенситного перетворення.

Чим більші розміри виробів, складніші їхні форма і хімічний склад, тим повільніше треба їх нагрівати. Інакше у виробі можуть виникнути великі внутрішні напруження і внаслідок цього — коробления і навіть розтріскування.

Вирішальним чинником у процесі гартування є швидкість охолодження, оскільки вона визначає характер структури сталі, яка формується при цьому.

Швидкість охолодження сталі при гартуванні визначається охолодною здатністю гартівного середовища (найчастіше — води або мінеральної оливи).

Інтервали температур нагрівання для гартування і відпускання сталіВода кімнатної температури охолоджує сталь в інтервалі 650...650 °С зі швидкістю близько 600 °С/с, а 10%-й водний розчин кухонної солі 1100… 200, мінеральна олива — 150, повітря — 30, піч — 1 °С/с.

При гартуванні доевтектоїдних (сталі з вмістом вуглецю до 0,25 % не гартуються) сталей треба нагрівати їх до температури на 30...50 °С вище від точки Ас3 (рис. ), бо сталі за таких температур мають структуру однорідного аустеніту, який при наступному досить швидкому охолодженні переходить у мартенсит. Оптимальна температура нагрівання цих сталей, °С:

TГарт = Ас3 + 30…50.

Для заевтектоїдних сталей найбільш доцільною є температура гартування на 30...50 °С вище від точки Ас1У тобто температура, за якої буде ефективне гартування (рис.).

У цьому разі при нагріванні й охолодженні зберігається частина цементиту, що сприяє підвищенню твердості загартованої сталі, оскільки цементит твердіший за мартенсит.

Залежно від хімічного складу, механічних властивостей сталей і розмірів виробів, що гартуються, застосовують різні способи гартування.

Гартування в одному охолоднику застосовують для досягнення високої твердості. Охолоджують виріб у воді або мінеральній оливі. Виріб із вуглецевої сталі охолоджують переважно у воді, а з легованої — в мінеральній оливі.

Гартування виконують зануренням виробу (що гартується) в охолодне середовище, де вів і залишається до повного остигання (рис. ). Завдяки своїй простоті цей вид гартування застосовують найширше. Проте він мас істотні недоліки - виникнення великих внутрішніх напружень.

Схема термічних режимів гартування сталіГартування в двох охолодниках до певної міри усуває недоліки гартування в одному середовищі і полягає в тому, що нагрітий під гартування виріб спочатку охолоджують з великою швидкістю (зазвичай у воді до 300...200 °С), щоб запобігти передчасному розпаданню аустеніту. Потім виріб переносять до іншого середовища, наприклад у мінеральну оливу, для уповільненого охолодження з метою аустенітно-мартенситно-го перетворення ( рис. ). Такий спосіб сприяє значному зменшенню внутрішніх напружень у виробі і запобігає його коробленню. Проте і він не позбавлений недоліків,, оскільки технічно важко визначити потрібний момент перенесення виробу з одного охолодника до іншого. Внаслідок цього гартування у двох охолодниках не дає стабільних результатів термічної обробки партії виробів.

Цей спосіб використовують при гартуванні великих виробів із вуглецевої конструкційної і низьколегованої сталі.

Ступінчасте гартування застосовують для зниження внутрішніх напружень виробу. Нагрітий виріб занурюють у охолодник (в розплавлені солі) з температурою, трохи вищою за точку початку мартенситного перетворення (МП) сталі певного складу, витримують за цієї температури, а потім остаточно охолоджують у мінеральній оливі або на повітрі (див. рис. 2.40, крива 5). Ступінчастого гартування зазнають невеликі за розміром вироби змінного перерізу, виготовлені з вуглецевої сталі.

Ізотермічне гартування — це охолодження сталі до температури, вищої за точку МП, і витримування за цієї температури протягом часу, потрібного для завершення ізотермічного перетворення аустеніту (див. рис. 2.40, крива 4). Оскільки температура гартівного охолодника при цьому перевищує температуру мартенситного перетворення (Мп), то аустеніт при ізотермічному гартуванні розпадається з утворенням проміжної структури — голчастого трооститу (ГТ), за твердістю подібного до мартенситу, але в'язкішого. Для вуглецевих сталей цей вид гартування застосовують рідше.

Гартування з самовідпусканням застосовують переважно при термічній обробці ударних інструментів (молотків, кувалд, зубил, кернерів), які потребують високої твердості різальних кромок (робочих поверхонь) і водночас повинні мати в'язке осердя.

Світло-жовтий

220 °С

Жовтий

230 °С

Темно-жовтий

240 °С

Коричневий

255 °С

Коричнево-червоний

265 °С

Фіолетовий

285 °С

Темно-синій

295...310 °С

Світло-синій

315...325 °С

Сірий

330 °С

Нагрітий інструмент охолоджують у вода лише з робочого боку протягом часу (1...2 с), потрібного для гартування. Потім охолодження переривають, напилком зачищають поверхню кромки, щоб було чітко видно мінливий колір, і витримують на повітрі доти, доки охолоджена гартована частина прогріється від внутрішнього тепла до потрібної температури відпускання.* Після цього деталі швидко охолоджують остаточно в рідині.

Момент початку повторного охолодження визначають за появою мінливих кольорів, які виникають на поверхні сталевого виробу. При цьому кожен колір відповідає певній температурі нагрівання. Щоб забезпечити якісне гартування із самовідпусканням, треба мати великий досвід, оскільки час витримування і температуру визначають «на око».

Щоб уникнути короблення, потрібно правильно занурювати деПравильне занурення у ванну різнихінструментівталь у рідину (рис.)

Найпростішим способом нагрівання деталей для гартування, який застосовують у невеликих майстернях, є нагрівання в ковальських горнах. При цьому температуру нагрівання визначають «на око» .

Поверхневе гартування сталі забезпечує високу твердість і стійкість до спрацювання поверхневого шару, одночасно збільшує загальну міцність деталей машин за рахунок збереження в'язкості осердя.

Поверхневе гартування широко застосовують у технології сучасного машинобудування для термічної обробки деталей, які працюють на удар і водночас повинні мати високу твердість поверхневого шару (шийки колінчастих валів, гільз двигунів внутрішнього згорання, поршневі пальці, польці ресор та ін.).

Початок світіння

530…580 °С

Темно-червоний

580…650 °С

Темно-вишневий

650…720 °С

Вишневий

720…780 °С

Світло-вишневий

780…830 °С

Червоний

830…900 °С

Світло-червоний

900…1050 °С

Жовтий

1050…1150 °С

Світло-жовтий

1050…1250 °С

Білий

1250…1300 °С

Під час гартування деталь треба нагрівати не на всю товщину, а лише поверхневий шар її і потім швидко охолодити водою. При цьому деталь загартовується лише на глибину 2…10 мм (при використанні машинних генераторів).

Поверхневе гартування з нагріванням струмом високої частоти (СВЧ) полягає в тому, що оброблювальну деталь

1 (рис.) встановлюють у середину котушки індуктора 2, який складається з одного або кількох витків мідної трубки 5. Через індуктор 2 пропускають струм високої частоти і значної сили. При цьому в поверхневому шарі виробу виникають вихрові струми, які нагрівають лише поверхню виробу. Через трубки 4 вода підводиться до пустотілого кільця 3 (охолодника). Для поверхневого гартування застосовують вуглецеві сталі, які містять майже 0,4% С. Після поверхневого гартування здійснюють низьке відпускання.

Поверхневе гартування СВЧДля поверхневого гартування також використовують нагрівання поверхневих шарів деталі ацетиленокисневим полум'ям, же переміщується з певною швидкістю вздовж виробу, що гартується (рис ). Услід за пальником подається вода для швидкого охолодження поверхневого шару. Цей вид гартування застосовують у важкому машинобудуванні для гартування великих деталей і в ремонтних майстернях.

Щоб мати мартенситну структуру, сталь при гартуванні охолоджують зі швидкістю, вищою за критичну. Проте оскільки внутрішні шари виробу охолоджуються повільніше від зовнішніх і часто зі швидкістю, меншою за критичну, то замість мартенситу в них може утворитися троостит і навіть сорбіт. Глибина утворюваної у виробі мартенситної зони характеризує так звану прогартованість сталі і є однією з найважливіших її характеристик. Прогартованість залежить від стійкості переохолодженого аустеніту, яка, в свою чергу, визначається хімічним складом сталі.

Схема полуменевого поверхневого гартуванняДля поверхневого гартування використовують нагрівання поверхні лазером. Під дією лазерного випромінювання поверхня деталі за короткий проміжок часу (10~3...10~7с) нагрівається до високої температури.

Такий спосіб термічної обробки поверхні сталевих і чавунних деталей підвищує їхню стійкість до спрацювання.

Лазерна обробка — перспективний метод поверхневого зміцнення виробів. 95 °С).


Гартування сталі - 4.2 out of 5 based on 5 votes

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить