Високоміцні чавуни

Чавун з кулястим графітом має в металевій основі графіт кулястої форми.

Щоб отримати високоміцний чавун, перегрівають рідкий ме­тал та додають до нього модифікатори (магній, цезій, кальцій), які сприяють сфероїзації графіту під час кристалізації. Завдяки високій міцності й пластичності високоміцних чавунів з них виго­товляють відповідальні деталі: колінчасті та розподільчі вали, поршні та поршневі кільця, шестерні та зірчатки, валки прокатуваль­них станів, шаботи ковальських молотів, корпуси парових турбін, супорти, різцетримачі і планшайби металорізальних верстатів.Маркичавунів з кулястим графітом позначають літерами ВЧ.

Основи термічної і хіміко-термічної обробки металів.

Термічною обробкою сталі називають процес її нагріван­ня до визначеної температури, витримування при цій темпера­турі і подальше охолодження із заданою швидкістю з метою зміни структури та властивостей у бажаному напрямі.

Термічно обробляють заготовки, отримані відливанням, куванням, прокатуванням, волочінням або пресуванням, зварні вироби, деталі машин та інструменти різного призначення. Тер­мічну обробку застосовують або як проміжну операцію для по­ліпшення технологічних властивостей (оброблюваності тиском чи різанням), або як прикінцеву технологічну операцію для досягнення певних експлуатаційних властивостей матеріалу.

На результат термообробки впливають швидкість (час) нагрівання, температура нагрівання, тривалість (час) витримування при цій температурі та швидкість (час) охолодження, тобто основними факторами є час і температура.

Відпалом називається процес термічної обробки – нагрівання сплаву до певної температури, витримка і наступне, як правило, повільне охолодження (в печі) з метою одержання більш рівноважної структури.

Відпал першого роду. Це відпал, при якому, як правило, не відбувається фазових перетворень (перекристалізації), а якщо вони мають місце, то не впливають на кінцеві результати, передбачені його цільовим призначенням.

Розрізняють такі різновиди відпалу першого роду: дифузійний і рекристалізаційний.

Дифузійний відпал. Це відпал зливків з вуглецевих та легованих сталей при температурі 1100-1300 ^оС з витримкою 20…50 годин, а зливків алюмінієвих сплавів – при 420…520 ^оС з витримкою 20…30 годин з метою вирівнювання хімічного складу.

Рекристалізаційний відпал. Це відпал заготовок з наклепаної сталі при температурі, що перевищує температуру початку рекристалізації, з метою усунення наклепу і одержання певної величини зерна. Його проводять після холодного деформування (прокатування, волочіння та ін.). В процесі цього відпалу зменшується міцність і твердість та відновлюється пластичність деформованого металу. Для сталей з вмістом вуглецю 0,08…0,20% температура відпалу становить 680…700 ^оС, для високовуглецевих легованих сталей - 700 ^оС з тривалістю витримки 0,5…1,5 години.

Відпал другого роду. Це відпал, при якому фазові перетворення (перекристалізація) визначають його цільове призначення. Розрізняють такі різновиди відпалу другого роду: повний, неповний, ізотермічний, нормалізаційний (нормалізація).

Повний відпал. Цьому виду відпалу піддають доевтектоїдну сталь з метою досягнення дрібнозернистості, зниження твердості і підвищення пластичності, зняття внутрішніх напружень. Сталь нагрівають до температури на 20-30^о вище точки Ас₃.

Неповний відпал. Цьому відпалу піддають заевтектоїдну і евтектоїдну сталь з метою перетворення пластинчатого перліту в зернистий. Для одержання зернистого перліту заевтектоїдну сталь нагрівають до температури трохи вище точки Ас₁ (до 740-780 ^оС). При нагріванні відбувається перетворення перліту в аустеніт без розпаду цементиту. Після охолодження сталь має зернисту феритно-цементитну структуру.

Нормалізаційний відпал (нормалізація). Нормалізацією називають процес термічної обробки – нагрів до температури вище точки Ас₃ для евтектоїдної або Аc_сm на 30…50 ^оС для заевтектоїдної сталі з наступною витримкою та охолодженням на повітрі. Мета нормалізації – виправлення структури сталі, подрібнення зерна, пом’якшення сталі перед обробкою різанням, загальне покращення структури перед гартуванням, вилучення сітки вторинного цементиту в заевтектоїдній сталі. Нормалізація, в порівнянні з відпалом, більш економічна операція, тому що не вимагає охолодження разом з піччю, але твердість після нормалізації вища ніж після відпалу.

Гартуванням називають процес термічної обробки, що складається з нагріву сталі до певної температури, витримки і подальшого швидкого охолодження з метою отримання нерівноважної структури. Внаслідок гартування підвищується міцність і твердість та знижується пластичність сталі. Основні параметри при гартуванні – температура нагріву і швидкість охолодження.

Температура гартування. Для вуглецевих сталей температуру гартування можна визначити по лівій нижній частині діаграми стану залізо-цементит.

При гартуванні доевтектоїдні сталі нагрівають до температури на 30-50^о вище точки Ас₃. При гартуванні заевтектоїдні сталі нагрівають до температури на 30-50^о вище точки Ас₁. Сталі, леговані кремнієм, вольфрамом, молібденом і титаном, гартують при більш високих температурах, щоб розчинились в аустеніті важкорозчинні карбіди. Швидкорізальні сталі гартують при 1200…1300 ^оС, а штампові, наприклад 3Х2В8Ф, при 1050…1100 ^оС.

Час нагрівання вибирається в залежності від розмірів та конфігурації деталей. Час витримки при температурі гартування вибирають таким, щоб повністю завершились фазові перетворення. Практично час нагріву в електричних печах прийнято 1,5-2 хвилини на 1 мм перерізу.

Охолодження при гартуванні має вирішальний вплив на результат гартування. Найбільш розповсюджені середовища для гартування – вода, водяні розчини солей (KNO₂ + NaNO₃) і лугів (NaOH + KOH), масло, повітря, розплавлені солі.

Вода охолоджує значно швидше, ніж масло: в 6 разів швидше при 550-650 ^оС і в 28 разів швидше при 200 ^оС. Тому воду використовують для охолодження сталей з великою критичною швидкістю гартування (вуглецеві сталі), а в маслі охолоджують сталі з малою критичною швидкістю гартування (леговані сталі).

Масло охолоджує значно повільніше, ніж вода. Але перевага масла як охолоджувача полягає в тому, що воно володіє невеликою швидкістю охолодження в області температур мартенситного перетворення, тому при охолодженні в маслі небезпека утворення тріщин значно зменшується. Прогартовуваність сталі. Під прогартовуваністю розуміють здатність сталі гартуватися на певну глибину. Глибину загартованої зони можна визначити на зламі зразка. Загартована зона має блискучу дрібнозернисту поверхню. Легувальні елементи, крім кобальту, збільшують прогартовуваність сталі. Прогартовуваність не слід плутати з загартовуваністю, яка характеризується максимальним значенням твердості, яку набула сталь внаслідок гартування. Вона залежить від вмісту вуглецю. Якщо вміст вуглецю не перевищує 0,2%, то такі сталі практично не гартуються.

Гартування в одному охолоднику. Деталь нагрівають до температури гартування і охолоджують в одному охолоднику (вода, масло). Для зниження короблення довгих циліндричних та тонких плоских деталей використовують спеціальні гартувальні машини і преси. Недолік гартування у воді – виникнення значних внутрішніх напружень, які можуть викликати тріщини.

Гартування в двох охолодниках – спочатку швидко охолоджують у сильному охолоднику (вода, водяні розчини солей або лугів), а пройшовши температурний інтервал 650…400 ^оС, де стійкість аустеніту мінімальна, охолоджують у слабшому охолоднику, наприклад в маслі. При цьому складно визначити момент переносу заготовки з одного охолодника в інший.