Термическая обработка чугуна
Главная»Книги по колосникам»Чугунное литье - Гиршович Н.Г.»Механические свойства чугуна»Термическая обработка чугуна
Термическая обработка чугуна имеет целью: 1) снятие напряжений, 2) смягчение, 3) повышение твердости и 4) повышение механических свойств. В противоположность факторам, определяющим жидкое состояние, термическая обработка чугуна, воздействуя на чугун в твердом состоянии, видоизменяет главным образом его основную металлическую массу. Форма же графита остается практически без изменения, и только количество его может несколько увеличиться или уменьшиться в зависимости от режима термической обработки чугуна. Это положение по существу справедливо даже для отжига белого чугуна (получение ковкого чугуна), так как при этом образуется углерод отжига, а не изменяется форма существующего графита.
а) Смятие напряжений. Термическая обработка чугуна для снятия напряжений сводится обычно к низкотемпературному отжигу при 500 - 600. Увеличение температуры отжига способствует более полному снятию напряжений, но в то же время опасно с точки зрения понижения прочности чугуна.
Понижение механических свойств при низкотемпературном отжиги объясняется процессами графитизации и дифференциации, которые протекают тем интенсивнее, чем выше температура. Однако, несмотря на понижение механических свойств металла, прочность всей отливки в целом при этом повышается вследствие уменьшения внутренних напряжений. Это объясняется процессами уменьшения микроскопических напряжений, удалением газов и превращением остаточного аустенита и тетрагонального мартенента. Такое применение низкотемпературного отжига является весьма удобным и экономичным средством повышения механических свойств.
б) Смягчение. Процесс смягчения обычно имеет целью повышение обрабатываемости, что достигается соответствующим распадом или сферодизацией карбидов. В качестве термической обработки чугуна для смягчения чугуна применяют отжиг того или иного режима. В результате процесса смягчения прочность чугуна понижается.
в) Повышение твердости. Повышение твердости чугунных отливок может представлять самостоятельный интерес (увеличение сопротивления износу) безотносительно к другим механическим свойствам.
Для повышения твердости пользуются закалкой или нормализацией. При этом с повышением температуры закалки и скорости охлаждения твердость увеличивается только до известного предела. Дальнейшее увеличение температуры закалки приводит сначала к повышению твердости, а затем к новому ее понижению.
Экспериментально установлено, что высокое содержание углерода и кремния препятствует получению чугуна с большой твердостью. Это объясняется не только медленным растворением грубого графита в аустоните, но и увеличением содержания кремния, вследствие чего критическая температура повышается и иногда не достигается при нагреве. Что касается строения основной массы чугуна, то оно имеет меньшее значение для процесса закалки. Исследования показывают, что твердость после закалки практически не зависит от содержания связанного углерода в исходом чугуне.
Большое значение имеет также прокаливаемость чугуна, характеризующая распределение твердости по сечению отливки. В этом отношении, как показывают исследования, большое влияние имеют легирующие элементы. Легирование чугуна молибденом, хромом и никелем значительно увеличивает его прокаливаемость. Высокая твердость поверхности достигается также посредством специальных видов термической обработки: поверхностной закалки и азотирования.
г) Повышение механических свойств. Повышение прочности чугуна при термообработке достигается лучше всего путем закалки с последующим отпуском, что обеспечивает соответствующую дисперсность перлита и снятие внутренних напряжений.
Абсолютное значение максимума прочности зависит от температуры закалки, толщины отливок и состава к чугуна. Максимальная прочность для тонких 20 мм, и круглых образцов получается при температуре закалкиоколо 800%. При одной и той же твердости характеристики прочности мало отличаются от исходной. Следует отметить, что прочность при растяжении после закалки и отпуска несколько превосходит исходную даже при одной и той же твердости. Стрела прогиба и ударная вязкость, наоборот, чаще всего по достигают исходных значений.
Однако при эффективном снятии напряжений усталостная древность может повыситься уровень закалки и отпуска даже в большей степени, чем предел прочности при растяжении. Следует также отметить, что сопротивление многократным ударам очень резко возрастает при закалке и отпуске.
Эффективность закалки и отпуска, как и других видов термической обработки чугуна, в значительной степени зависит от формы графита и содержания углерода, кремния и фосфора в чугуне. Даже при одной и той же твердости, прочность чугуна при этом заметно превосходит исходную. Высокие механический свойства, согласно исследованиям Г. И. Николаева, получаются также при закалке и отпуске легированного чугуна.
Максимальные механические свойства получаются при наиболее благоприятной глобулярной форме графита и сочетании с термообработки. С этой целью находят иногда на половинчатого или даже белого чугуна с последующей термообработкой. Исследования автора, проведенные совместно с П. Н. Горюновым, по изучению механических свойств чугуна после низкой и нормализации показывают полную применимость последнего метода.
Вместе с тем следует иметь в виду, что нормализация может быть достаточно эффективной только в условиях хорошей прокаливаемости (мелкие отливки, легированный чугун, раздробленный графит). Иначе твердость, а следовательно, и прочность чугуна могут вовсе не повыситься в условиях недостаточно быстрого охлаждения.