Термическая обработка чугуна
Главная»Книги по колосникам»Справочник по чугунному литью - Гиршович Н.Г.»Термическая обработка чугуна
Термическая обработка чугуна применяется для разложения карбидов в отливках из всех чугунов. Она производится обычно при 850-980° С. При этом особенно благоприятной влияние на скорость процесса оказывает Si. Благоприятное, хотя и не столь интенсивное влияние оказывают и другие графитизирующие элементы, в том числе и С. Тормозящее влияние оказывают Сг, Мп и другие антиграфитизирующие элементы. Кроме того, продолжительность процесса зависит от температуры отжига, толщины отливок, модифицирования и других факторов. Чем выше температура, тем быстрее протекает процесс. На практике чаще всего ведут отжиг при 930 - 960° С. При этом продолжительность графитизации в толстостенных отливках зависит от размеров карбидов, а не от их количества. Для получения структуры отливки подвергаются 2-й стадии графитизации, что резко повышает пластичность ВЧШГ (до 20%). Полная или частичная ферритизация СЧ производится для снижения твердости НВ и улучшения обрабатываемости. Продолжительность этого процесса снижает главным образом содержание Si.
Нормализация чугуна осуществляется при нагреве до температур выше критических, обычно 850-950° С. Целью нормализации является получение отливок со структурой П, повышенной прочностью и износостойкостью, причем в сыром состоянии отливки могут подвергаться нормализации также для измельчения П. Режим процесса выбирается в зависимости от количества Фе в сырой структуре и состава чугуна, особенно от процента Si. Иногда нормализацию совмещают с графитизирующим отжигом или гомогенизацией для получения более однородной структуры после охлаждения на воздухе. Ускоренное охлаждение чугуна (на воздухе) после выдержки при температуре аустенизации способствует увеличению количества Ссв в тем большей степени, чем выше температура и больше время выдержки перед охлаждением на воздухе. На режим нормализации оказывают влияние толщина отливки и состав металла, которые определяют стабильность П и положение интервала эвтектоидного превращения. После прогрева отливок, особенно при исходной структуре, они часто выдерживаются в печи еще 30-120 мин с целью гомогенизации. При нормализации АЧ наряду с разложением карбидов стабилизируется аустенитная структура, и в этом случае достаточно охлаждения на воздухе. Используя нормализацию, можно повысить марки чугуна примерно на два класса. Наиболее высокие прочностные свойства достигаются при нормализации синтетического чугуна. Для повышения пластичности в ряде случаев ВЧШГ с перлитной основой подвергают двойной нормализации.
Закалка и отпуск обеспечивают наиболее высокие механические свойства чугуна. Полную закалку производят из области аустенитного состояния при нагреве до температуры не больше чем на 30-50 0 С выше конца у превращения (обычно 850-930° С) . Время выдержки определяется исходной структурой чугуна, толщиной стенок отливки и составляет примерно 0,5-2,0 ч. В закаленном состоянии чугун отличается высокой твердостью, повышенной хрупкостью, очень низкими значениями удлинения, ударной вязкости, прочности и большими внутренними напряжениями. Закалка в воде может привести поэтому к появлению закалочных трещин, особенно в случае высокого перегрева. В ряде случаев закалку совмещают с графитизирующим отжигом. Так, после проведения 1-й стадии графитизации при 950 °С отливки охлаждают с печью до 900-840 °С, а затем в масле. Механические свойства чугуна после закалки характеризуются низкими значениями прочности и пластичности и высокими значениями твердости.
Термическая обработка чугуна и изотермическая закалка обеспечивает более высокие свойства, а также износостойкость, причем отливки имеют меньшие напряжения и характеризуются меньшей опасностью образования трещин и коробления. Нагрев для изотермической закалки определяется исходной структурой и составом чугуна, особенно содержанием Si. Изотермическую закалку чугуна можно проводить с температуры аустенитного и аустенито-ферритного состояния и, следовательно, применять полную или частичную закалку. Во всех случаях закалка производится в жидкие закалочные среды при t = 250/500° С и характеризуется получением структуры Б или тростита. При изотермической закалке литых коленчатых валов из ВЧШГ в качестве закалочной среды применяется смесь, состоящая из 60% NaOH и 40% КОН.
Термическая обработка чугуна - термоциклирование, является новым видом термообработки , которое можно с успехом применить для устранения хрупкости и высокой температуры порога хладноломкости, что обычно обусловлено прямой ликвацией Si и его расположением вокруг включений графита. Для устранения этого необходимо, чтобы скорость при охлаждении была значительно больше, чем при нагреве, так как иначе при медленном охлаждении происходит вынужденная термодиффузия Si в феррите.
Термическая обработка чугуна проводится с целью повышения поверхностной твердости и износостойкости. При этом нагрев поверхностного слоя может осуществляться т. в. ч., ацетилено-кислородным пламенем или в жидких ваннах. Охлаждающей средой в основном служит холодная либо подогретая вода или эмульсия. Термическая обработка чугуна ПЧ, вследствие наличия значительного количества Св, не представляет особых трудностей. Нагрев ПЧ осуществляется до 850-930° С. При этом достигается поверхностная HRC 57-59. Однако с увеличением количества Фе поверхностная закалка чугуна усложняется. При больших скоростях нагрева (скорость нагрева т. в. ч. составляет около 400° С/с) закалка происходит только в микрообъемах, где в исходной структуре был П. Поэтому для закалки чугуна со структурой Фе-П необходимы повышение температуры нагрева и увеличение выдержки для насыщения аустенита углеродом. В ряде случаев отливки из чугуна подвергают предварительной ТО, а затем поверхностной закалке. При ПЧ глубина закаленного слоя составляет 1,5-4 мм. В каждом конкретном случае производится опытным путем выбор оптимальных режимов поверхностной закалки.
Термическая обработка чугуна с ШГ была в последнее время исследована в ЦНИИТмаше. Показано, что оптимальной термической обработкой этого чугуна является нормализация с t = 1050 °С после 4 ч гомогенезирующей выдержки при этой температуре. При этом происходит сфероидизация карбидов тригонального типа, количество которых зависит от содержания Сг, Mn, Si и скорости охлаждения. Интересно, что применение термоциклирования этого чугуна обеспечивает максимальные свойства после 2-часовой обработки при охлаждении в жидком азоте при t = - 196 °С в течение 15 мин и реаустенизации при t = 720 °С в течение 2 ч.