Термическая обработка. Маркировки охватывает большинство существующих легированных сталей
 Скачать 125.13 Kb.
|
 Указанная система маркировки охватывает большинство существующих легированных сталей. Исключение составляют отдельные группы сталей, которые дополнительно обозначаются определенной буквой: Р – быстрорежущие, Е – магнитные, Ш – шарикоподшипниковые, Э – электротехнические. азот ( N ) – А алюминий ( Аl ) – Ю бериллий ( Be ) – Л бор ( B ) – Р ванадий ( V ) – Ф висмут ( Вi ) – Ви вольфрам ( W ) – В галлий ( Ga ) – Гл иридий ( Ir ) – И кадмий ( Cd ) – Кд кобальт ( Co ) – К кремний ( Si ) – C магний ( Mg ) – Ш марганец ( Mn ) – Г свинец ( Pb ) – АС медь ( Cu ) – Д молибден ( Mo ) – М никель ( Ni ) – Н ниобий ( Nb) – Б селен ( Se ) – Е титан ( Ti ) – Т углерод ( C ) – У фосфор ( P ) – П хром ( Cr ) – Х цирконий ( Zr ) – Ц Группы марок сталей: Углеродистые: ст. 20, 09Г2С Коррозионностойкие: ст. 20ФА, 13ХФА, 09ГСФ, 20А, 20С, 10Х17Н13М2Т Нержавеющие (пищевые): ст. 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т Хладостойкие: ст. 10Г2ФБЮ Жаропрочные: ст. 15Х5М Чтобы показать способ раскисления стали, существуют особые буквенные обозначения: сп — спокойная сталь; пс — полуспокойная сталь; кп — кипящая сталь. Классификация легированных сталей По содержанию в составе стали углерода идет разделение на: -низкоуглеродистые стали (до 0,25% углерода); -среднеуглеродистые стали (до 0,25% до 0,65% углерода); -высокоуглеродистые стали (более 0,65% углерода). В зависимости от общего количества в их составе легирующих элементов, которые содержит легированная сталь, она может принадлежать к одной из трех категорий: -низколегированная (не более 2,5%); -среднелегированная (не более 10%); -высоколегированная (от 10% до 50%). Свойства, которыми обладают легированные стали, определяет и их внутренняя структура. Поэтому признаку классификация легированных сталей подразумевает разделение на следующие классы: доэвтектоидные — в составе присутствует избыточный феррит; эвтектоидные — сталь имеет перлитную структуру; заэвтектоидные — в их структуре присутствует вторичные карбиды; ледебуритные — в структуре присутствует первичные карбиды. Критические точки обозначают буквой А. Нижняя критическая точка соответствует линии PSK диаграммы состояния железо-углерод. Эта точка называется А1 и соответствует превращению аустенита в перлит при охлаждении или перлита в аустенит при нагреве. Верхняя критическая точка называется А3. Критическая точка А3 для доэвтектоидных сталей лежит на линии GS диаграммы железо-углерод и соответствует началу выделения феррита при охлаждении или концу его растворения при нагреве. Критическая точка А3 для заэвтектоидных сталей лежит на линии SE и соответствует началу выделения вторичного цементита при охлаждении или концу его растворения при нагреве. В зависимости от того, при нагреве или при охлаждении определяется критическая точка, к букве А добавляется индекс “с” при нагреве (от французского слова chauffage – нагрев) и индекс ”r” (от французского слова refroidissement – охлаждение) при охлаждении с оставлением цифры, характеризующей данное превращение. КАК ВЫБРАТЬ ТЕМПЕРАТУРУ НАГРЕВА ПОД ЗАКАЛКУ Для доэвтектоидных сталей (содержание углерода в стали менее 0.8%) обычно выбирают температуру закалки по формуле Ас3+30...50°C. На практике встречаются случаи, когда доэвтектоидные стали закаливают с интервала температур между Ас1 и Ас3. В этом случае структура стали будет состоять из мартенсита и нерастворенного феррита. Такой процесс называется неполной закалкой и теоретически является браком. На практике к такую схему используют, чтобы снизить коробление деталей или исключить трещинообразование в высоколегированных сталях. Заэвтектоидные стали обычно нагревают под закалку до температур Ас1+30...50°C. После закалки, структура стали будет состоять из мартенсита и вторичного нерастворённого цементита, который повышает твердость и износостойкость изделий. Отжиг вообще – это процесс термической обработки, при котором металл сначала нагревают до определенной температуры, выдерживают заданное время при этой температуре, а затем медленно охлаждают, чаще всего вместе с печью. Отжиг первого рода – нагрев металла, который имеет неустойчивое состояние в результате предшествовавшей обработки (кроме закалки), приводящий металл в более устойчивое состояние. Основные подвиды: гомогенизационный отжиг, рекристаллизационный отжиг, отжиг для снятия внутренних напряжений. Отжиг второго рода – нагрев выше температуры превращения с последующим медленным охлаждением для получения стабильного структурного состояния сплава. Закалка с полиморфным превращением – нагрев выше температуры полиморфного превращения с последующим достаточно быстрым охлаждением для получения структурно—неустойчивого состояния. Закалка без полиморфного превращения – нагрев до температур, вызывающих структурные изменения (чаще всего для растворения избыточной фазы) с последующим быстрым охлаждением для получения структурно—неустойчивого состояния – пересыщенного твердого раствора. Отпуском называется процесс термической обработки, при котором закаленная сталь нагревается ниже критической точки Ас1, выдерживается определенное время, а затем охлаждается. Нормализация – один из видов термической обработки При нормализации сталь нагревают до температур, на 30–50 °С превышающих верхние критические температуры, затем выдерживают необходимое время, а потом охлаждают на спокойном воздухе для получения тонкопластинчатой перлитной структуры. От отжига нормализация отличается более быстрым охлаждением. Диаграмма изотермического превращения аустенита стали, содержащей 0,8 % углерода.   Свойства и строение продуктов превращения аустенита зависят от температуры, при которой происходит распад. Выше изгиба С – кривых при распаде аустенита образуются структуры перлитного семейства, имеющие пластинчатое строение и отличающиеся дисперсностью (толщиной цементитных частиц и расстоянием между ними). Самой грубой структурой является перлит, более дисперсной - сорбит и ещё более дисперсной – троостит. С увеличением степени дисперсности структуры твёрдость и прочность возрастают, а пластичность и ударная вязкость уменьшаются. – низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,3%, в том числе низколегированные (например, 15Х, 20Х), с твердостью до 207 НВ – нормализация; – низкоуглеродистые среднелегированные (18ХГТ) – нормализация + высокий отпуск; – низкоуглеродистые сложнолегированные (12ХНЗА), углеродистые и легированные с содержанием углерода 0,3...0,6% (45, 40ХФЛ, ЗОХГСА) – нормализация + высокий отпуск или отжиг; – стали с содержанием углерода 0,6% и более – сфероидизирующий отжиг. Снижение сварочных напряжений обеспечивается отпуском при 620...700 °С. Это наиболее распространенная термическая обработка сварных конструкций. Предварительную термическую обработку выполняют для обеспечения требуемых технологических свойств материала заготовок (отливок, поковок, проката и т.п.) и подготовки структуры к окончательной термической обработке: 1) уменьшения твёрдости для снижения усилий резания; 2) измельчения зерна с целью повышения пластичности, так как современные методы обработки конструкционных сталей связаны в основном с формообразованием за счет пластической деформации; 3) устранения различных дефектов структуры (строчечное, ферритной сетки, видманштеповой структуры); 4) получения равномерного распределения структурных составляющих; 5) снятия внутренних напряжений. В качестве предварительной термической обработки сталей проводят отжиг или нормализацию. Отжиг - нагрев доэвтектоидной стали до температуры на 30-50 °С выше линии Ac3, выдержка и медленное охлаждение с печью (скорость охлаждения 20-30 град/ч). При нормализации в отличие от отжига охлаждение производят на спокойном воздухе (скорость охлаждения 3 град/с). Нагрев доэвтектоидных сталей при предварительной термической обработке выше линии Ac3 необходим для измельчения зерна в сплавах в результате полной перекристаллизации. При этом следует учитывать, что измельчение стали. Такой дефект структуры носит название перегрева. Нагрев же стали в межкритический интервал температур (ниже линии Ас3, но выше Ac1) не приводит к полной перекристаллизации (измельчается только зерно перлита). Нормализация приводит к несколько более высокой твёрдости, чем отжиг. Для сталей, содержащих 0,25-0,5 % углерода, повышение твёрдости которых при нормализации невелико, выгоднее проводить нормализацию; для более высокоуглеродистых сталей, содержащих 0,55-0,75 % С - отжиг, но, возможно, и нормализацию - в зависимости от используемой в дальнейшем технологии. Малоуглеродистые стали (до 0.25 % С) необходимо подвергать только нормализации, чтобы сталь, имея структуру феррит + перлит (небольшое количество), была пластичной. После отжига эти стали будут иметь структуру феррита и цементита, расположенного по границам ферритных зерен, что сильно охрупчивает стали. 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. БРАК При отжиге и нормализации могут появиться следующие дефекты: —коррозия — окисление металла при взаимодействии поверхности стальных деталей с печными газами. При этом образуется окалина, повреждается поверхность детали, что затрудняет обработку металла режущим инструментом. Окалину удаляют травлением в растворе серной кислоты, очисткой в дробеструйных установках или галтовочных барабанах; —обезуглероживание — выгорание углерода с поверхности детали, происходит при окислении стали. Приводит к резкому снижению прочности, может вызвать образование закалочных трещин и коробление. Для предохранения деталей от окисления и обезуглероживания при отжиге, нормализации и закалке в рабочее пространство печи вводят безокислительные (защитные) газы; —перегрев — образование крупнозернистой структуры стали при нагреве выше определенных температур и длительной выдержке. Перегрев ведет к понижению пластичности, образованию трещин при закалке. Исправляется повторным отжигом или нормализацией; —пережог может возникнуть в результате нагрева при еще более высоких температурах и длительной выдержке металла при высокой температуре в окислительной атмосфере печи. Пережог сопровождается окислением и частичным оплавлением границ зерен. Металл становится хрупким. Пережог является неисправимым браком. __________________________________________________________________________ В процессе закалки могут возникнуть следующие дефекты: —закалочные трещины (наружные или внутренние) образуются вследствие высоких внутренних напряжений и являются неисправимым браком. Трещины возникают при неправильном нагреве (перегреве) и большой скорости охлаждения деталей, а также если в изделии имеются резкие переходы от тонких сечений к толстым, выступы, заостренные углы и т. п.; —деформация — изменение формы и размеров изделия, происходит в результате внутренних напряжений, вызванных неравномерным охлаждением; —коробление — несимметричная деформация изделий. Коробление может происходить вследствие причин, вызывающих деформацию, а также при неправильном положении детали при погружении ее в закалочную среду; —мягкие пятна — участки на поверхности изделия с пониженной твердостью. Образуются в местах, где имелись окалина, загрязнения, участки с обезуглероженной поверхностью, а также при недостаточно быстром движении деталей в закалочной среде; —низкая твердость изделия является следствием недогрева, недостаточной выдержки или недостаточно быстрого охлаждения в закалочной среде. Для исправления такого дефекта деталь подвергают высокому отпуску и повторной закалке; —перегрев и недогрев под закалку приводят к снижению механических свойств. Исправляют эти дефекты отжигом, после которого снова проводят закалку; —окисление и обезуглероживание поверхности изделия предупреждается строгим соблюдением режима термической обработки и нагревом в среде нейтральных газов (азот, аргон). Доп. Инф. Виды термической обработки стали Отжиг Отжиг — термическая обработка (термообработка) металла, при которой производится нагревание металла, а затем медленное охлаждение. Эта термообработка (т. е. отжиг) бывает разных видов (вид отжига зависит от температуры нагрева, скорости охлаждения металла). Закалка Закалка — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, основанная на перекристаллизации стали (сплавов) при нагреве до температуры выше критической; после достаточной выдержки при критической температуре для завершения термической обработки следует быстрое охлаждение. Закаленная сталь (сплав) имеет неравновесную структуру, поэтому применим другой вид термообработки — отпуск. Отпуск Отпуск — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, проводимая после закалки для уменьшения или снятия остаточных напряжений в стали и сплавах, повышающая вязкость, уменьшающая твердость и хрупкость металла. Нормализация Нормализация — термическая обработка (термообработка), схожая с отжигом. Различия этих термообработок (нормализации и отжига) состоит в том, что при нормализации сталь охлаждается на воздухе (при отжиге — в печи). Отпуск стали Отпуск стали смягчает действие закалки, уменьшает или снимает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшает твердость и хрупкость стали. Отпуск производится путем нагрева деталей, закаленных на мартенсит до температуры ниже критической. При этом в зависимости от температуры нагрева могут быть получены состояния мартенсита, тростита или сорбита отпуска. Эти состояния несколько отличаются от соответственных состояний закалки по структуре и свойствам: при закалке цементит (в троостите и сорбите) получается в форме удлиненных пластинок, как в пластинчатом перлите. А при отпуске он получается зернистым, или точечным, как в зернистом перлите. Преимуществом точечной структуры является более благоприятное сочетание прочности и пластичности. При одинаковом химическом составе и одинаковой твердости сталь с точечной структурой имеет значительно более высокое относительное сужение, ударную вязкость, повышенное удлинение и предел текучести по сравнению со сталью с пластинчатой структурой. Отпуск разделяют на низкий, средний и высокий в зависимости от температуры нагрева. Для определения температуры при отпуске изделия пользуются таблицей цветов побежалости. В интервале температур от 220 до 330 ° в зависимости от толщины пленки цвет изменяется от светло-желтого до серого. Низкий отпуск применяется для режущего, измерительного инструмента и зубчатых колес. При среднем (нагрев в пределах 300-500°) и высоком (500-700°) отпуске сталь из состояния мартенсита переходит соответственно в состояние тростита или сорбита. Чем выше отпуск, тем меньше твердость отпущенной стали и тем больше ее пластичность и вязкость. |