Для специальности 150106 «Обработка металлов давлением»
ФГОУ СПО ОПК
КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ
по дисциплине
«Термическая обработка металлов и сплавов»
Для специальности 150106 «Обработка металлов давлением»
Термическая обработка заключается в изменении структуры металла и сплавов путём нагрева, выдержки и охлаждения с соблюдением установленных режимов.
Тема1.1: Понятие о термической обработке металлов и сплавов
Основные операции термической обработки
1 Нагрев
2 Выдержка
3 Охлаждение
Основные понятия диаграммы «Железо-углерод»
Феррит (Ф, α)- твёрдый раствор углерода в α-железе с концентрацией углерода до 0,02%.
Аустенит (А,γ) - твёрдый раствор углерода в γ-железе с концентрацией углерода до 2,14%.
Цементит (Ц, Fe3C) – химическое соединение железа и углерода с концентрацией углерода 6,67%.
Перлит – это эвтектоид, состоящий из пластинок феррита и цементита.
Эвтектоидная реакция при охлаждении заключается в полиморфном превращении Feγ→Feα и диффузии атомов углерода с образованием цементита.
Термическая обработка проводится только для сплавов, испытывающих полиморфное превращение (железо, стали, чугуны, сплавы титана и др.)
Температуры, при которых в металле происходят полиморфные превращения, называют критическими точками.
Критические точки железа и его сплавов
Критические точки при нагреве обозначаются Ас, а при охлаждении Аr.
1. А1 =727°С – температура эвтектоидной реакции, происходящей в сталях и чугунах при 727°С - А↔П
Ас1 =727°С – критическая точка при нагреве, показывающая превращение П →А.
Аr1 =727°С – критическая точка сталей и чугунов при охлаждении, показывающая превращение А →П.
2. А2=768°С – магнитное превращение железа.
Ас2 – исчезновение магнитных свойств при нагреве.
Аr2 – появление магнитных свойств при охлаждении.
3. А3 =911°С – полиморфное превращение Feα←→ Feγ
Для сталей эта температура зависит от содержания углерода и соответствует линии GS на диаграмме железо-углерод.
Ас3 – критическая точка доэвтектоидных сталей при нагреве, показывающая окончание превращения Ф →А.
Аr3 – критическая точка доэвтектоидных сталей при охлаждении, показывающая начало превращения А →Ф.
4. Аcm (линия диаграммы ES) – критическая точка заэвтектоидных сталей, показывающая превращение А←→ ЦII
5. А 4=1392°С – полиморфное превращение Feγ←→ Feα
Ас4 – критическая точка доэвтектоидных сталей, показывающая при нагреве начало превращения А →Ф.
Аr4 – критическая точка доэвтектоидных сталей, показывающая при охлаждении окончание превращения Ф→А.
6. А5 =1539°С температура плавления (кристаллизации) железа.
Тема 1.2: Фазовые превращения в сталях при термообработке
Превращения при нагреве
Доэвтектоидные стали(структура Ф+П)
а) Ас1 - П→А
б) (Ас1 - Ас3) - Ф→А
в) выше Ас3 – выравнивание концентрации углерода в аустените и рост зёрен аустенита.
Эвтектоидная сталь(структура П)
а) Ас1 - П→А
б) выше Ас1 - выравнивание концентрации углерода в аустените и рост зёрен аустенита.
Зазвтектоидная сталь(структура П+ЦII)
а) Ас1 - П→А
б) (Ас1 - Аcm) - ЦII →А
в) выше Аcm - выравнивание концентрации углерода в аустените и рост зёрен аустенита.
Нагрев сталей при термической обработке производится обычно не более чем на 30-50°С выше критических точек, чтобы не допустить роста зерна. При дальнейшем охлаждении размер зерна не изменится.
Факторы влияющие на размер зерна аустенита
1. Дисперсность частиц перлита.
2. Скорость нагрева.
3. Легирующие элементы, образующие карбиды (титан, ванадий, вольфрам, хром, молибден сдерживают рост зёрен аустенита)
Виды сталей в зависимости от склонности к росту зерна
1. Наследственно мелкозернистые практически не склонны к росту зерна до температуры 1000-1100°С.
2. Наследственно крупнозернистые склонны к росту зерна уже при незначительном перегреве выше критических точек.
Наследственная зернистость указывает на то, что при нагреве до определенных температур крупнозернистая сталь приобретает крупное зерно при более низкой температуре, чем наследственно мелкозернистая, поэтому рассматривают понятия действительного зерна, т.е. полученного в результате той или иной термической обработке.
Факторы влияющие на размер действительного зерна
1. Температура нагрева
2. Продолжительность выдержки
3. Наследственная зернистость стали
При нагреве получается крупнозернистая структура с ферритной или цементитной сеткой по границам зёрен, которая называется видманштеттовой.
Дефекты нагрева.
1) Перегрев приводит к получению крупнозернистой структуры. Его можно исправить отжигом или нормализацией, также его можно предотвратить точным соблюдением температуры нагрева и времени выдержки.
2) Пережог - оплавление границ зерен является неисправимым браком.
3) Окисление и обезуглероживание поверхности (окалинообразование) можно предотвратить использованием нагрева в защитных атмосферах, инертных газах или вакууме.
4) Образование трещин происходит при слишком быстром нагреве, его можно предотвратить, контролируя скорость нагрева.
5) Неравномерный нагрев может привести к неравномерной деформации, его предотвращают точным соблюдением времени выдержки.
Виды защитных атмосфер
1. Древесно-угольные: ГГ-С, ГГ-О, ГГ, ГГ-ВО
2. Экзотермические: ПСС-06, ПСО-06, ПСО-09
3. Аммиачные ПСА-08, ДА
4. Эндотермические ПСС-Э
5. Водородные
6. Аргоновые
7. Паровые
Превращения при отпуске
1. Распад мартенсита происходит ниже температуры 350°С. В этих условиях происходит выделение атомов углерода из решётки мартенсита и образование карбида железа Fe2C в виде мельчайших дисков (пластин). В результате образуется мартенсит отпуска, состоящий из низкоуглеродистого мартенсита и мельчайших частиц цементита. Снимается часть внутренних напряжений и немного снижается твёрдость, легирующие элементы препятствуют этому процессу.
2. Превращение остаточного аустенита в мартенсит отпуска происходит при температуре 250-350°С.
3. Снятие внутренних напряжений и карбидное превращение происходит при температуре 350-400°С, в результате чего завершается процесс выделения углерода из α-раствора (мартенсита) и происходит карбидное превращение Fe2C→Fe3C. После такого отпуска сталь состоит из кристаллов феррита и мельчайших частиц цементита – троостит отпуска.
4. Коагуляция и сфероидизация карбидов протекает в интервале температур 400-700°С. Тонкопластинчатые карбиды приобретают округлую форму и укрупняются, в результате его троостит отпуска при температуре 500-600°С превращается в сорбит отпуска, а при температуре 650-700°С - в перлит отпуска.
Чем выше температура отпуска, тем сильнее снижается твёрдость стали и сильнее повышается пластичность и вязкость. Для некоторых сталей характерна отпускная хрупкость, т.е. снижение вязкости при отпуске.
Виды отпускной хрупкости
1. Обратимая отпускная хрупкость возникает при отпуске в интервале температур 250-400°С. Это связанно с выделением карбида из мартенсита по границам зерна. Её можно устранить нагревом выше 400°С.
2. Необратимая отпускная хрупкость возникает в некоторых легированных сталях если они медленно охлаждаются после отпуска при температуре 500-550°С. Если такую сталь охлаждать быстро, то хрупкость не возникает.
Старение углеродистой стали
Под старением понимают изменение свойств сплава, протекающее во времени без заметного изменения микроструктуры. Старение бывает термическое и деформационное, естественное(при комнатной температуре)и искусственное(при нагреве).
Термическое старение происходит в том случае, если металл был быстро охлаждён после нагрева, в результате не успел выделиться третичный цементит из феррита. При последующей выдержке при комнатной температуре (естественное старение) или при повышенной температуре (искусственное) происходит выделение третичного цементита, приводящее к небольшому повышению прочности.
Деформационное старение происходит после пластической деформации, если она выполняется ниже температуры рекристаллизации, в этом случае также происходит выделение карбидов, при этом повышается прочность и твёрдость, и резко снижается ударная вязкость.
Садочные печи
а) Камерные печи применяются для нагрева мелких и средних деталей, они отапливаются природным газом, мазутом или эл. нагревательными элементами. Горелка может располагаться как в рабочем пространстве, так и в отдельной топке, расположенной в нижней части печи. Под печи может быть неподвижным, выкатным или роликовым. Металл во время нагрева не двигается относительно пода
б) Шахтные печи представляют собой футерованую шахту цилиндрической формы, расположенную ниже уровня пола цеха, они предназначены для нагрева деталей большой длины. Детали загружают с помощью кранов, закрывают сверху печь крышкой и нагревают металл с помощью газовых горелок или эл. нагревательных элементов.
в) Колпаковые печи представляют собой футерованный колпак, который устанавливается на под печи. Колпак может двигаться по вертикальной оси. Эти печи применяют для отжига проволоки и ленты. На под устанавливается металл, закрывается внутренним колпаком для защиты от окисления, опускают внешний колпак, в котором установлены газовые горелки или эл. нагревательные элементы.
г) Печи-ванны предназначены для нагрева металла в расплавленных солях или металле. Печь-ванна состоит из металлического кожуха, обложенного огнеупорным кирпичом. Печи отапливаются внешним или внутренним нагревом, для внутреннего нагрева применяют электроды. Их применяют для закалки, нормализации, отпуска, химико-термической обработки. Металл подается в расплав с помощью различных устройств.
2. Проходные печи имеют роликовый под или шагающие балки или толкатели, которые обеспечивают движение металла внутри печи.
а) Методические печи обеспечивают равномерный и постепенный нагрев металла за счет нескольких зон с различной температурой.
3. Индукционные установки представляют собой индуктор (цилиндрическая обмотка из медной трубы), на который подается электрический ток. Внутри индуктора возникает магнитное поле. В металле, проходящем через индуктор, возникают вихревые токи, приводящие к нагреву. Индукционные установки чаще всего применяются для поверхностной закалки на автоматических линиях.
4. Установки электроконтактного нагрева предназначены для термообработки вращающихся деталей. Поверхность детали обкатывается роликом, к которому подводится электрический ток. Ток проходит через металл и нагревает его.
II. Охлаждающие устройства.
1. Закалочные бакибывают механизированные и немеханизированные. Немеханизированные закалочные баки бывают без охлаждения и с охлаждением закалочной жидкости. Для охлаждения закалочной жидкости в баках устанавливают змеевики с циркулирующей холодной водой или прокачивают саму закалочную жидкость через охлаждающее устройство. Механизированные баки могут быть снабжены подвижным столом с отверстиями, на который устанавливаются детали. Стол опускается в закалочную жидкость и после охлаждения поднимается вверх.
Кроме того бывают конвейерные закалочные баки, в которых детали движутся по конвейеру внутри резервуара.
2. Закалочные прессы применяются для охлаждения крупных деталей и деталей сложной формы. Перед охлаждением деталь зажимается в штампе и опускается в закалочную жидкость, это позволяет предотвратить коробление детали.
3. Спрейерные устройствапредназначены для охлаждения металла в потоке стана, струями распыленной воды, что позволяет производить непрерывный процесс термообработки.
Дополнительное оборудование
Травильные машины
Химическое травление осуществляется травильной машиной с подъемным краном.
Плунжер с поршнем соединен с четырьмя балками-хоботами, расположенными крестообразно. С помощью плунжера можно поднимать и опускать мульды с деталями в баки с жидкостями. При подъеме балки-хоботы могут быть повернуты на 90 градусов.
Травильная машина имеет 3 бака, расположенных под концами балок хоботов. В одном баке находится раствор кислоты, в другом горячая вода, а в третьем холодная вода.
Электролитическое травление - более прогрессивный метод очистки деталей. Электролитическое травление заключается в том, что деталь является одним из электродов в электролите определенного состава. Несоблюдение режима при анодном травлении может привести к перетравливанию, что исключается при катодном травлении. Катодное травление осуществляется водородом, выделяющимся на катоде. Для удаления вредных паров все травильные ванны снабжены вентиляцией.
2.Моечные машины для очистки деталей от солей, масла и грязи после термической обработки, в которых для промывки применяют горячий (70-90 градусов) водный раствор щелочи. Заводы выпускают моечные машины различных типов по 4-5 типам и размерам. Машины- конвейеры с наклонно- замкнутыми транспортерами, одно- и двух секционными, типа ММК.Конвейерная моечная машина типа ММК состоит из водонепроницаемого кожуха, внутри которого движется конвейер, с отверстиями для стока раствора, бачка, фильтра и насоса. После промывки раствор фильтруется и снова подается к брызгательным трубкам.
Применение ультразвука позволяет производитьь очистку металла более эффективно. Моечный горизонтальный бак для очистки деталей ультразвуком снабжён источником ультразвука частотой колебаний 19-20 кГц. Для охлаждения промывочной жидкости предусмотрен змеевик.
3. Дробеструйные аппараты применяют получения светлой поверхности деталей.
Дробемётная установка осуществляет автоматическую загрузку, очистку и выгрузку. Мокрая очистка, является эффективным способом очистки деталей, выполненных с высокой точностью. Очистка производится смесью, состоящей из воды со взвешенными частицами песка. Для распыления смеси применяют воздух под высоким давлением.
Виды термической обработки
Отжиг
а) 1 рода: рекресталлизационный, диффузионный, для снятия внутренних напряжений.
б) 2 рода: полный, неполный изотермический.
Нормализация
Закалка
Старение
Термомеханическая обработка
Цементация
Азотирование
Дифуззионная металлизация
а) хромирование
б) алитирование
в) цинкование
г) силицирование
д) борирование
Виды отжига
1. Отжиг 1 рода предназначен для выравнивания физической или химической неоднородности. Целью этого отжига не является фазовая перекристаллизация, поэтому он может проводится как выше, так и ниже критических точек.
а) Гомогенизация (диффузионный отжиг) - это нагрев стали до температуры 1100-1200оС, выдержка 15-20 часов, охлаждение с печью до 800-820оС и з тем охлаждение на воздухе. Диффузионному отжигу подвергают слитки легированной стали с целью устранения ликваций, повышения пластичности и вязкости.
Для быстрорежущих, подшипниковых и других высокоуглеродистых легированных сталей с целью повышения пластичности проводят трехступенчатую гомогенизацию - первая выдержка 2 часа при 1120-1200оС, вторая - 1160-1240оС, третья - 1150-1200оС. В результате получается крупнозернистая равновесная структура: у доэвтектоидных сталей - Ф+П, эвтэктоидной - П, заэвтектоидных - П+ЦII.
б) Рекристаллизационный отжиг - это нагрев холоднодеформированной стали выше температуры начала рекристаллизации (680-740оС), выдержка в течении 0,5-1,5 часов и замедленное охлаждение с печью до 600-650оС, а затем на воздухе. Рекристаллизационный отжиг предназначен для снятия наклепа и повышения пластичности, т.к. происходит образование и рост новых равноосных зерен вместо деформированных.
в) Отжиг для снятия остаточных напряжений проводится при температуре 200-700оС в течени 2-3 часов с последующим замедленным охлаждением. Он устраняет остаточные напряжения в отливках, сварных деталях, после резания, правки и др.
2. Отжиг 2 рода заключается в нагреве для получения мелкозернистой равновесной структуры. В большинстве случаев отжиг является подготовительной термической обработкой снижающей твердость и повышающий пластичность, отжигу подвергают: отливки, прокат. Для крупных отливок он является окончательной термообработкой.
а) Полный отжиг- это нагрев доэвтектоидной стали на 30-50оС выше точки Ас3, выдержка при этой температуре, охлаждение с печью до температуры 550-650оС, а затем на воздухе. При нагреве образуется мелкозернистый аустенит, который затем превращается в перлит. В результате у доэвтектоидных сталей образуется мелкозернистая феррито-перлитная структура, у эвтэктоидной - перлитная, а у заэвтектоидной – (перлит+цеменит вторичный). Полному отжигу чаще всего подвергаются крупные садки сортового проката, листового, крупные отливки.
б) Изотермический отжиг - это нагрев стали как для полного отжига, быстрое охлаждение до температуры 660-680оС (обычно переносом металла в менее нагретую печь), выдержка при этой температуре до полного распада аустенита и охлаждение на воздухе. Как и полный отжиг, изотермический, приводит к снижению твердости, повышению пластичности и улучшению обрабатываемости резанием. Изотермический отжиг применяется для мелких деталей и имеет меньшую продолжительность процесса, чем полный отжиг.
в) Неполный отжиг- это нагрев сталей на 10-30оС выше точки Ас1, выдержка при этой температуре и медленное охлаждение, для улучшения обрабатываемости резанием.
Чаще всего неполный отжиг применяется для заэвтэктоидных сталей и называется сфероидизацией, т.к. приводит к образованию зернистого перлита. Т.к. нагрев при неполном отжиге происходит немного выше Ас1, то не весь цементит успевает раствориться в аустените. При последующем медленном охлаждении этот нерастворившейся цементит выполняет роль центров кристаллизации, в результате чего цементит приобретает зернистую форму. Если в стали присутствует цементитная сетка, то перед неполным отжигом необходимо провести нормализацию. Эвтектоидные стали нагревают до температуры 750-760оС, заэвтектоидные углеродистые - 770-790оС, заэвтектоидные легированные до 770-820оС.
Нормализация - это вид отжига, который заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30-50оС выше Ас3, а заэвтектоидной стали - выше Асm, непродолжительной выдержке для завершения превращений и охлаждении на воздухе.
Нормализация вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали и устраняет крупнозернистую структуру, полученную на предыдущих стадиях обработки металла. Нормализацию широко применяют для улучшения свойств стальных отливок вместо закалки и отпуска. Ускоренное охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах и получению структуры сорбита и троостита. Это повышает твердость и прочность нормализированной средне- и высокоуглеродистой стали по сравнению с отожжённой. В результате нормализацииу доэвтектоидных сталей образуется мелкозернистая феррито-сорбитная или феррито-трооститная структура, у эвтектоидной - сорбит или троостит и заэвтектоидной – сорбит или троостит с разрозненными включениями вторичного цементита.
Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали. Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо отжига. Повышая твердость, нормализация обеспечивает большую производительность при обработке резанием и получение более чистой поверхности. Для отливок из среднеуглеродистой стали нормализацию с высоким отпуском применяют вместо закалки и высокого отпуска. В этом случае механические свойства несколько ниже, но детали подвергаются меньшей деформации при нормализации, чем при закалке, что практически исключает вероятность появления трещин. Нормализацию с высоким отпуском (600-650оС) часто используется для исправления структуры легированных сталей вместо полного отжига, т.к. производительность при этом выше.
Для заэвтектоидных сталях нормализацию применяют с целью устранения цементитной сетки по краям зерен. При нагреве выше точки Асm вторичный цементит полностью растворяется в аустените. При последующем охлаждении на воздухе (ускоренном) цементитная сетка не успевает сформироваться, образуется разрозненные включения вторичного цементита.
Тема: Закалка стали
Закалка- это нагрев доэвтектоидной стали на 30-50°С выше Ас3, а заэвтектоидной выше Ас1, выдержка при этой температуре и ускоренное охлаждение в жидкостях (в воде, в водных растворах солей или щелочей, масле) с целью максимального повышения твёрдости и прочности.
В результате закалки у доэтектоидных и эвтектоидных сталей образуется структура мартенсит, а у заэвтектоидных мартенсит + цементит вторичный. Так как углеродистые стали обладают низкой устойчивостью аустенита, то для получения мартенсита необходимы высокие скорости охлаждения, что обеспечивается водой или водными растворами солей и щелочей. Для легированных сталей применяют минеральные масла.
Вода в качестве охлаждающей среды имеет недостатки:
-высокая скорость охлаждения может привести к образованию закалочных трещин, а так же вода быстро нагревается и теряет охлаждающую способность. Наиболее высокой и равномерной способностью обладают водные растворы NaCl и NaOH. Масло обеспечивает невысокую скорость охлаждения, что предотвращает образование закалочных трещин. Однако, оно склонно к воспламенению при температуре 165-300°С и имеет повышенную стоимость.
Виды закалки
1. Объёмная закалка осуществляется при нагреве и охлаждении по всему сечению изделия, в этом случае мартенсит образуется по всему сечению.
2. Поверхностная закалка производится при нагреве и охлаждении только поверхностного слоя, в котором образуется мартенсит. В сердцевине остаётся прежняя структура, обладающая повышенной вязкостью.
Способы закалки
1) Непрерывная закалка, проводится в одном охладителе.
2) Ступенчатая закалка, проводится вначале в жидкости, имеющей температуру 180-2500С с непродолжительной выдержкой и последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры. В результате образуется структура мартенсита с повышенным количеством остаточного аустенита, т.к. мартенситное превращение протекает на воздухе не в полном объеме. Такой вид закалки применяют для небольших изделий сложной формы, чтобы избежать их коробления.
3 ) Изотермическая закалка проводится так же, как и ступенчатая, но с более длительной выдержкой в жидкой среде. В результате превращение протекает при более высокой температуре, что приводит к образованию бейнита и небольшого количества остаточного аустенита. Такая структура обладает повышенной вязкостью при высокой прочности. В качестве охлаждающей среды используют расплавленные соли KNO2, NaNO2 и расплавленные щелочи NaOH, KOH. Для уменьшения остаточного аустенита проводят обработку сталей холодом при температурах минус 30- минус 700С с последующим отпуском.
Закаливаемость – способность повышать твердость в результате закалки. Чем больше в стали углерода, тем выше закаливаемость.
Прокаливаемость – способность стали получать закаленный слой с мартенситной структурой на ту или иную глубину. Увеличивается при введении легирующих элементов. За глубину закаленного слоя принимают расстояние от поверхности изделия до полумартенситной зоны, содержащей 50% мартенсита и 50% троостита.
Прокаливаемость определяют методом торцевой закалки: цилиндрический образец определенных размеров нагревают и охлаждают водой с торца на специальной установке, затем определяют твердость по высоте образца.
Дефекты закалки
1) Закалочные трещины являются неисправимым дефектом.
2) Недостаточная твердость связана с неправильным выбором параметров закалки и может быть исправлена новой термообработкой.
3) Деформация и коробление (неравномерная деформация), происходит при неравномерном охлаждении. Для ее предотвращения закалку проводят в прессах.
Тема: Отпуск стали
Закалка не является окончательной операцией термической обработкой, т.к. получаемая структура обладает повышенной хрупкостью, поэтому после закалки проводят отпуск.
Отпуск – нагрев закаленной стали ниже точки Ас1 , выдержка и охлаждение на воздухе или в воде с целью устранения закалочных напряжений и получения определенного уровня механических свойств.
Виды отпуска
1) Низкий проводится температуре меньше 2500С и приводит к образованию структуры мартенсит отпуска, при этом снижаются внутренние напряжения и немного повышается вязкость. Продолжительность такого отпуска 1-2,5 часа. Низкому отпуску подвергают режущий и измерительный инструмент, а так же детали после поверхностной закалки, цементации, нитроцементации.
2) Средний отпуск проводят при температуре 350-5000С и получает структуру троостит отпуска. Применяют для рессор, пружин и штампов.
3) Высокий проводят при температуре 500-6800С и получают структуру сорбит отпуска, которая обладает наилучшим соотношением прочности и вязкости. Применяют для среднеуглеродистых сталей, содержащих 0,3-0,5 углерода.
Закалка и высокий отпуск называется улучшением. Чем выше температура отпуска, тем ниже твердость закаленной стали.
Стадии процесса ХТО
1) Выделение диффундирующего элемента в атомарном состоянии в результате реакции во внешней среде.
2) Контактирование атомов насыщающего элемента с поверхностью стали и проникновение их в решетку железа (абсорция).
3)Диффузия атомов насыщающего элемента вглубь металла.
Факторы влияющие на глубину проникновения насыщающего элемента в сталь:
1) температура
2) продолжительность процесса
3) концентрация диффундирующего элемента
По цели контроля
1) Приёмочный контроль продукции
2) Статистическое регулирование технологического процесса
По характеру контроля
1) Инспекционный (контроль ранее принятой продукции)
2) Летучий (внезапный инспекционный контроль)
По принимаемым решениям
1) Активный (с принятием решений по улучшению качества продукции)
2) Пассивный ( фиксируется только окончательный брак)
ПО средствам контроля
1) Визуальный
2) Органолептический
3) Инструментальный
Строение литой стали
1. Зона мелких равноосных кристаллов, образующихся на поверхности слитка при высокой скорости охлаждения в первый момент кристаллизации.
2. Зона столбчатых кристаллов, вытянутых вдоль линии теплоотвода.
3. Зона крупных равноосных кристаллов, образующихся в центре слитка в конце кристаллизации в условиях равномерного и медленного охлаждения
4. Конус охлаждения, образующийся из обломков кристаллов, падающих на дно изложницы
5. Усадочная раковина, образующаяся в верхней части слитка в последней момент кристаллизации. Усадочную раковину обрезают при ОМД.
Эти зоны характерны для всех видов сталей
Особенности строения слитков стали:
Сотовые пузыри завариваются при прокатке, если не выходят на поверхность металла и не окисляются.
Дефекты стальных слитков
1. Ликвации - химическая неоднородность. Дендритная ликвация возникает внутри кристаллов и легко устраняется отжигом. Зональная ликвация представляет собой различия химического состава в разных частях слитка, особенно опасны ликвации S и Р.
2. Сотовые пузыри чаще всего завариваются при прокатке
3. Осевая рыхлость присутствует в верхней части слитка в спокойной стали, она чаще всего удаляется вместе с усадочной раковиной.
4. Подкорковые пузыри возникают при разливки сверху из-за брызг металла на стенки изложниц и их последующего окисления.
5. Заворот корочки возникает при сифонной разливке спокойной стали и подлежит зачистке перед прокаткой.
6. Продольные наружные горячие трещины возникают при быстрой разливке перегретого металла.
7. Продольные наружные холодные трещины образуются из-за быстрого охлаждения ниже 600°С.
Особенности строения НЛЗ
НЛЗ отличаются большей химической однородностью, при разливке НЛЗ образуется одна усадочная раковина, в них могут образовываться внутренние трещины из-за излишне интенсивного охлаждения, а так же пустоты.
Требования, предъявляемые к проволоке
1.Отсутствие грубых дефектов поверхности неметаллических включений, окалины, подкорковых пузырей, растрескивания у катанки.
2.Ограничение по содержанию Pb, As, S, Sb.
3.Ограничения по величине зерна.
Требования, предъявляемые к рельсовым сталям
1. Высокая прочность и износостойкость
2. Высокая вязкость
3. Низкое содержание Н2, т.к, рельсовые стали склонны к образованию флокенов при избыточном содержании Н2
Виды ТО рельс
1. Противофлокенная обработка – длительная изотермическая выдержка рельс при температуре 600°С в печах непрерывного действия или замедленное охлаждение с температуры 550°С в колодцах.
2. Закалка концов рельс, испытывающих наибольшие нагрузки струйным аппаратом с прокатного нагрева; также закалка может быть проведена с индукционного нагрева до температуры 950°С, выдержка 25-40 сек. охлаждение сжатым воздухом или водо-воздушной смесью.
3. Объёмная закалка рельс по всей длине осуществляется с нагревом в проходных печах до температуры 840-860°С в течение 45-55 минут с последующим охлаждением в закалочной машине с маслом при температуре 480-500°С в течение 2-х часов.
4. Поверхностная закалка с печного нагрева до температуры 980-1020°С в течение 120-130 сек. с последующим охлаждением водо-воздушной смесью до температуры 350-480°С и самоотпуск при этой температуре.
5. Нормализация при нагреве в проходных печах до температуры 840-860°С с последующим охлаждением на воздухе.
Железнодорожные колёса и бандажи изготавливают из углеродистых сталей, содержащих 0,5-0,8% С, 0,6-0,9% Mn, 0,15-0,35% Si, 0,15-0,35% Р.
Требования к сталям для производства ж/д колёс и бандажей
1. Высокая прочность и износостойкость
2. Достаточная вязкость
ФГОУ СПО ОПК
КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ
по дисциплине
«Термическая обработка металлов и сплавов»
для специальности 150106 «Обработка металлов давлением»
Термическая обработка заключается в изменении структуры металла и сплавов путём нагрева, выдержки и охлаждения с соблюдением установленных режимов.