Загартування і відпустку стали
Мета гарту і відпустки стали - поліпшення її властивостей.
Загартування з відпусткою потрібна для дуже багатьох деталей і виробів. Вона заснована на перекристалізації сталі при нагріванні до температури вище критичної; після достатньої витримки при цій температурі для завершення гарту слід швидке охолодження. Таким шляхом запобігають перетворення аустеніту в перліт.
Температурні умови загартування.
Температура нагріву стали при загартуванню та ж, що і при повному відпалі: для доевектоідной стали на 30-50 ° вище точки АС3. для заевтектоідной - на 30-50 ° вище точки АС1.
При нагріванні доевтектоїдних стали до температури між точками АС1 і АС3 (неповна гарт) в структурі швидко охолодженої стали, поряд із загартованими ділянками, буде присутній нерозчинений феррит, різко знижує твердість і міцність. Тому для доевтектоїдних стали обов'язкове повна гарт (нагрівання вище точки АС3).
У заевтектоідной стали надлишкової фазою є цементит, який за твердістю не поступається мертенсіту і навіть перевершує його; тому сталь досить нагріти на 30-50 ° вище точки АС1.
Нагрівати вироби, особливо великі, потрібно поступово, щоб уникнути місцевих напруг і тріщин, а час витримки нагрітого вироби має бути достатнім, щоб перехід перліту в аустеніт повністю завершився. Тривалість витримки зазвичай дорівнює чверті загальної тривалості нагрівання.
Охолодження деталей при загартуванню.
Легуючі компоненти в стали полегшують загартування, так як при цьому С-образні криві зміщуються вправо, і критична швидкість знижується.
Охолоджуюча здатність води різко змінюється в залежності від її температури; якщо цю здатність при 18 ° прийняти за одиницю, то при 74 ° вона матиме коефіцієнт 0,05.
До найбільш різким охолоджувача відноситься 10% -ний розчин NaOH в воді, при 18 ° його коефіцієнт -2,0; до помірних - мінеральні масла з коефіцієнтом 0,2-0,25.
При загартуванню застосовують різні прийоми охолодження залежно від марки стали, форми і розмірів деталі і технічних вимог до них.
Проста гарт в одному охолоджувачі
Проста гарт в одному охолоджувачі (найчастіше у воді або у водних розчинах) виконується шляхом занурення в нього деталі до повного охолодження. При охолодженні необхідно звільняти деталь від шару пара хороший теплоізолятор. Такий спосіб гарту найпоширеніший.
Для отримання високої твердості і найбільшої глибини загартованого шару для вуглецевої сталі застосовують охолодження деталей при інтенсивному оббризкуванні.
Переривчаста і ступінчаста загартування
Переривчастою загартуванням називають таку, при якій деталь охолоджують послідовно в двох середовищах: перша середа - охолоджуюча рідина (зазвичай вода); друга - повітря або масло. Різкість такого гарту менше, ніж попередньої.
Спосіб занурення деталей в гартівну ванну повинен бути таким, щоб при загартуванню вони якомога менше жолобилися. Деталі з великим відношенням довжини до діаметра або ширині (напилки, свердла та ін.) Слід занурювати в охолоджувач вертикально.
При ізотермічної загартування спочатку потрібно швидке охолодження зі швидкістю не менше критичної, щоб уникнути розпаду аустеніту в умовах, що відповідають перегину С-подібної кривої (див. Рис. 7). Отже, за цим методом можна гартувати лише невеликі (приблизно, діаметром до 8 мм) деталі з вуглецевої сталі, так як запас енергії в більш важких деталях не дозволить досить швидко їх охолодити. Це не відноситься, однак, до легованих сталей, більшість марок яких має значно менші критичні швидкості гарту. Великою перевагою ізотермічного загартування є можливість рихтування (виправлення викривлень) виробів під час інкубаційного періоду розпаду аустеніту (який триває кілька хвилин), коли сталь ще м'яка і пластична. Після ізотермічного загартування деталі вільні від внутрішніх напружень і не мають тріщин.
Види поверхневого гарту
При поверхневому загартуванні вище критичної температури нагрівається тільки тонкий поверхневий шар деталі, а всередині метал майже не нагрівається. Після гарту деталі мають твердий поверхневий шар і в'язку серцевину.
Загартування за допомогою газового пальника
Загартування за допомогою газового пальника схематично показана на рис. 8. Кислородно-ацетиленове полум'я газового пальника з температурою близько 3200 ° направляється на поверхню гартує деталі і швидко нагріває її до температури вище критичної. Слідом за горілкою з трубки на поверхню деталі направляється струмінь води, загартовуючи нагрітий шар стали.
Спосіб цей з успіхом застосовується для гарту поверхневого шару зубів великих шестерень, що піддаються сильному зносу.
Загартування струмами високої частоти
Загартування струмами високої частоти за методом В.П. Вологдина знайшла дуже широке застосування в промисловості, так як відрізняється високою продуктивністю, легко піддається управлінню і забезпечує хорошу якість.
Гартувати деталь 5 (рис. 9) поміщається в індуктор (котушку) 4, по якому пропускається струм високої частоти. Струм надходить через трансформатор 3 від машинного генератора 1, що приводиться в обертання електродвигуном 2. збуджує при цьому в деталі струм має найбільшу щільність у поверхні і швидко нагріває поверхню деталі. Коли нагрів закінчений, деталь кропити водою з індуктора, який для цього робиться порожнистим з отворами.
Для поліпшення коефіцієнта потужності високочастотної установки включені конденсатори 6.
Регулюючи потужність струму і час витримки, можна обмежити нагрівання на товщину від часток міліметра до десятків міліметрів.
Машинні генератори з частотою струму до 10 кГц зазвичай застосовують для загартування на глибину понад 2 мм. При загартуванню на глибину менше 2 мм користуються високочастотними ламповими генераторами, створюють струм дуже високої частоти, який можна змінювати в залежності від особливостей гартованих деталей.
До цих дефектів відноситься: тріщини, повідці, або викривлення і зневуглецювання.
Тріщини виникають тому, що напруги при нерівномірному зміні обсягу в окремих місцях деталі перевищують міцність металу в цих місцях.
Викривлення (або повідця) виникає також від напружень в результаті нерівномірного охолодження і проявляється в викривленнях деталей. Якщо ці викривлення невеликі, вони можуть бути виправлені, наприклад, шліфуванням. Тріщини і викривлення можуть бути запобігти попередніми відпалом деталей, рівномірним і поступовим нагріванням їх, а також застосуванням ступінчастою і ізотермічного загартування.
Обезуглероживание стали з поверхні - результат вигоряння вуглецю при високому і тривалому нагріванні деталі в окислювальному середовищі. Для запобігання зневуглецювання деталі нагрівають в відновлювальної або нейтральному середовищі (відновне полум'я, муфельні печі, нагрів в рідких середовищах).
Перевагою точкової структури є більш сприятливе поєднання міцності і пластичності. При однаковому хімічному складі і однаковою твердості сталь з точковою структурою має значно більш високу відносне звуження ψ і ударну в'язкість ан. підвищене подовження δ і межа плинності σт в порівнянні зі сталлю з пластинчастої структурою.
Відпустка поділяють на низький, середній і високий залежно від температури нагріву.