Влияние условий термической обработки на свойства стали

 

Цель работы: Изучить влияние температурно-временных условий нагрева и режимов охлаждения при термической обработке на свойства стали.

 

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Металлопродукция с металлургических предприятий поступает на машиностроительные заводы обычно в виде различного проката, поковок, в литом состоянии. Из них изготовляют заготовки деталей машин, которые подвергают предварительной термической обработке. Последующей механической обработкой резанием получают детали заданной геометрической формы и размеров. Эти детали далее проходят упрочняющую термическую обработку и, в случае сложных машин, направляются на сборку отдельных частей машины, а из сборочных единиц собирается сама машина. Схема обработки и изготовления на машиностроительных заводах объемных деталей машин (рычаги, коленчатые валы и шатуны двигателей внутреннего сгорания, зубчатые колеса и др.) из деформируемых металлических материалов представлена на рисунке 8. Как видно, в процессе изготовления деталей машин два раза проводится термическая обработка.

Термическая обработка - процесс обработки изделий из технических материалов путем теплового воздействия (нагрева и охлаждения) с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении.

Термическую обработку применяют как окончательную для получения заданных механических, физических, эксплуатационных свойств деталей машин, а также промежуточную (предварительную) с целью улучшения технологических свойств (обрабатываемости режущими инструментами, обрабатываемости давлением и др.).

Основными видами предварительной термической обработки заготовок из конструкционных сталей в машиностроении являются нормализационный или полный отжиг. Для их проведения заготовки нагревают в случае использования конструкционных доэвтектоидных сталей выше температуры фазового превращения t_Ас3 на 30…50°С и получают структуру аустенита. После некоторой выдержки при температуре нагрева проводят охлаждение на воздухе (нормализационный отжиг) или вместе с печью (полный отжиг), получая структуру из феррита и перлита.

Предварительная термическая обработка снижает твердость стали и улучшает обрабатываемость резанием. За показатель обрабатываемости при резании принимается обычно численное значение скорости резанием при точении резцами из быстрорежущей стали на токарном станке, которой соответствует стойкость резцов 60 минут (время между двумя переточками режущей кромки инструмента).

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД

¯

Сортовой прокат

¯

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ЗАВОД

¯

Изготовление заготовок деталей машин обработкой давлением (горячей штамповкой и др.)

¯

Заготовка детали

¯

Предварительная термическая обработка заготовок

¯

Механическая обработка резанием на металлорежущих станках

¯

Детали машин

¯

Упрочняющая термическая обработка деталей

¯

Доводочные операции обработки (при необходимости)

¯

Сборка машины

¯

Машина (изделие)

 

Рисунок 8 - Типовая укрупненная схема обработки и изготовления объемных деталей машин на машиностроительном заводе

 

При содержании углерода в конструкционных углеродистых и низколегированных сталях менее 0,5% проводят обычно для заготовок нормализационный отжиг, а для сталей, имеющих более 0,5% углерода – полный отжиг.

Типовая окончательная термическая обработка деталей машин и инструментов состоит из двух операций: 1 - закалки с получением на этапе охлаждения с большой скоростью (для углеродистых сталей в воде и других средах) из аустенита структуры мартенсита (А®М); 2 - отпуска закаленной стали с нагревом до температуры не выше температуры фазового превращения Ас1. Применение термической обработки значительно изменяет механические свойства стали. Схемы основных видов термической обработки для конструкционных доэвтектоидных сталей представлены на рисунке 9.

Данные о механических свойствах конструкционных среднеуглеродистых (улучшаемых) сталей различного химического состава после закалки и высокого отпуска приведены в таблице 9.

 

Рисунок 9 - Схемы термической обработки конструкционных сталей

 

Таблица 9 - Механические свойства некоторых типовых конструкционных среднеуглеродистых сталей после закалки и высокого отпуска

Марка стали	Оптовая цена[2]	Критический диаметр, мм[3]	Для деталей с поперечным размером, мм[4]	Механические свойства
				s 0,2, МПа	s В, МПа
45	1,0	12	15…20	490	730
40Х	1,2	15	25…35	800	900
40ХН	1,6	25	50…75	800	1000
40ХН2МА	2,1	100	75…100	950	1050
38ХНЗМФА	2,6	100	100…200	1070	1150