Pereosnastka.ru

Нагревая сталь до определенной температуры и охлаждая ее с определенной скоростью, можно существенно изменить ее структуру и, следовательно, ее свойства. Тепловая обработка сталей в твердом состоянии, при которой под влиянием температуры нагрева и скорости охлаждения они изменяют свои свойства и способность поддаваться механической обработке, называется их термической обработкой. К термической обработке относятся такие процессы как отжиг, нормализация, закалка, отпуск и старение.

Дадим краткую характеристику этих процессов.

Отжиг представляет собой медленный нагрев стали до температуры 750—880° с выдержкой при этой температуре и с последующим медленным охлаждением вместе с нагревательной печью. Отжиг стали улучшает структуру и снимает ее внутренние напряжения, понижает ее твердость, облегчая механическую обработку.

Нормализация представляет собой закалку и высокий отпуск при температуре 660—720°. Она увеличивает прочность стали и улучшает ее обрабатываемость. Получаемые после этого вида обработки свойства стали содействуют образованию более чистой поверхности после механической обработки. Нормализация как бы готовит деталь к последующей закалке, уменьшая возможность появления трещин и деформаций.

Назначение закалки состоит в сохранении у холодной стали той структуры, которую она имеет при высоких температурах. Сохранение у стали структуры высоких температур возможно только при таком быстром ее охлаждении, во время которого структура еще не успеет превратиться в структуру холодной стали. Сталь с такой насильно закрепленной структурой обладает высокой твердостью и большой прочностью. Температура нагрева под закалку для различных сталей находится в пределах от 750 до 1300°, а скорость охлаждения достигает до 300° в секунду. Охлаждение во время закалки производится либо в воде, либо в масле и иногда в струе воздуха. Чем больше углерода и легирующих элементов в стали, тем выше температура нагрева и тем медленнее скорость охлаждения при закалке.

Кроме обычной закалки в последнее время все шире начинает применяться изотермическая закалка. Такая закалка состоит в нагреве детали до закалочных температур и ее охлаждении сначала в горячей закалочной среде, нагретой до температуры 320—370°, а затем в охлаждении вне этой среды с необходимой скоростью. В этом случае закалочной средой служит щелочь. Изотермическая закалка позволяет получить высокую прочность закаленной стали и, во многих случаях, избежать следующей операции — отпуска.

Отпуск стали состоит в повторных ее нагревах от 180 до 580° (в зависимости от марки и вида стали, а также заданной твердости), в продолжительных выдержках при этих температурах и в медленном охлаждении. Этот вид термической обработки позволяет перевести насильственно закрепленную при закалке структуру высоких температур в более устойчивое состояние, устраняет образовавшиеся при закалке внутренние напряжения и, как правило, увеличивает вязкость и несколько снижает твердость стали. Исключение составляют высоколегированные инструментальные стали, у которых после отпуска твердость повышается.

Отпуск высокоуглеродистых и легированных сталей может быть произведен не только при температурах 180—580°, но и при температурах ниже нуля. Отпуск при низких температурах или обработка холодом производится охлаждением деталей до температуры минус 100—130° и выдержкой их при этой температуре в течение определенного времени. Во время обработки холодом в стали происходят те же процессы, что и при высокотемпературном отпуске. Для охлаждения стали применяется жидкий азот или твердая углекислота (сухой лед).

Старение стали ускоряет процесс перехода структуры закаленных сталей в более устойчивое состояние и снимает их внутренние напряжения. Во время перехода к более устойчивой и лишенной внутренних напряжений структуре стали, у нее изменяется объем «, деталь теряет размеры. В инструментальном производстве процесс старения имеет особенно большое значение, так как он, устраняя’ эти напряжения, гарантирует в последующем сохранность размеров и формы точных инструментов.

Процесс старения оказывает влияние и на последующую обработку стали. Не прошедшие старения некоторые инструментальные стали, как например, стали марок ХВГ, ХВ5 и другие, плохо шлифуются: при шлифовании на их поверхности легко возникает сетка поверхностных трещин. Старение ведется в масле, нагретом до 130—160° с выдержкой изделия при такой температуре в течение 24—48 часов.

Особые виды термической обработки, при которых изменяется химический состав поверхностного слоя стали, называются химико-термической обработкой. Сюда относятся: цементация, нитроцементация, азотирование и некоторые другие процессы.

Цементация стали применяется для того, чтобы повысить содержание углерода в ее поверхностном слое. При цементации детали помещают в стальной ящик, пересыпают специальным веществом — карбюризатором,— содержащим углерод, и нагревают. В качестве карбюризатора может быть применен древесноугольный порошок с добавлением соды и мела. Во время продолжительного нагревания в печи при температуре 920—940° поверхность детали насыщается углеродом на глубину 1,0—2,5 мм.

Таким образом после цементации деталь состоит как бы из двух постепенно переходящих друг в друга сталей: внутри — вязкая и мягкая низкоуглеродистая сталь, а снаружи высокоуглеродистая сталь. Цементированные детали можно подвергнуть закалке. После этого их поверхность получит высокую твердость, а сердцевина останется мягкой.

Карбюризаторами при цементации могут быть не только твердые вещества: цементация может производиться в расплавленных науглераживающих солях и тогда ее называют жидкостной цементацией или в науглераживающих газах и тогда ее называют газовой цементацией.

Одновременное насыщение поверхности деталей углеродом и азотом, производимое в газовой среде, называется нитро цемент а-Д и е й или цианированием. Нитроцементация осуществляется в специальной установке. Карбюризатором в этом случае служит смесь пиролизного газа и аммиака, а процесс протекает-при температуре 530—550°. Такой способ нитроцементации носит название низкотемпературного. Он позволяет не только сохранить твердость закаленных быстрорежущих инструментов, но и значительно ее повысить в поверхностном слое.

Газовая нитроцементация может производиться и при температуре 750—850°, когда совмещается нагрев детали под закалку с процессом нитроцементации. Такой процесс называется высокотемпературной газовой нитроцементацией. Этот способ применяется при изготовлении деталей из конструкционных сталей.

Однако процесс газовой нитроцементации требует сложных установок. Поэтому в инструментальных цехах машиностроительных заводов часто применяется нитроцементация в твердой или жидкой среде. Нитроцементация в твердой среде и жидкостная нитроцементация также могут быть низкотемпературной и высокотемпературной.

Азотирование представляет.процесс химико-термического насыщения поверхностного стального слоя азотом. Процесс азотирования осуществляется при температуре 480—600° путем нагрева, выдержки и медленного охлаждения деталей. В инструментальном деле азотирование применяется при изготовлении измерительных инструментов сложной формы.

Такие виды обработки стали повышают поверхностную твердость и износостойкость изготовленного из нее режущего и измерительного инструмента и некоторых деталей приспособлений, работающих на истирание.

Читать далее:

Твердые сплавы и минералокерамика

• Ремонт пресс-форм
• Технология изготовления пресс-форм
• Детали пресс-форм
• Классификация и конструкция пресс-форм
• Способы получения изделий пресс-формах