Термическая обработка

При ремонте ответственных деталей дизелей (шатунных болтов, клапанов, поршневых пальцев, шатунов, пружин и др.) широко применяют термическую обработку. Термообработка повышает износостойкость и общую прочность деталей.

Термическая обработка стали. Основными видами термической обработки, изменяющими структуру и свойства стали, являются: отжиг, нормализация, закалка, отпуск и обработка холодом.

Большинство структурных изменений, имеющих место при термической обработке сталей и сплавов, непосредственно связано с процессами, описываемыми диаграммой железо—цементит.

Отжиг — вид термической обработки, состоящий из нагрева стали до определенной температуры в зависимости от вида отжига, выдержки и последующего, как правило, медленного охлаждения (в печи или в золе). Отжиг проводят для улучшения обрабатываемости резанием и давлением, снижения твердости, увеличения пластичности и вязкости, снятия внутренних напряжений.

Отжиг является длительной операцией и может продолжаться до 10…20ч, поэтому часто вместо отжига для углеродистой стали применяют нормализацию.

Рис.1. Участок диаграммы состояния железо-углерод для различных видов термической обработки углеродистой стали

Нормализацией называют процесс термической обработки, проводимый для улучшения обрабатываемости стали резанием, исправления структуры сварных швов и структуры перегретой (после горячей обработки давлением. При нормализации деталь охлаждают на воздухе.

Назначение нормализации - получить мелкозернистую структуру металла, улучшить обрабатываемость резанием, снять внутренние напряжения, повысить вязкость и прочность стали.

Закалка. Этот процесс заключается в нагревании стали до температуры А_сз+(30…50)°С, выдержке при этих температурах и быстром охлаждении в воде или масле со скоростью больше критической.

Закалка— самый распространенный вид термической обработки, Закаливают практически все детали машин и механизмов, инструмент и штампы. В результате закалки повышаются прочность, твердость, сопротивление износу (износостойкость) и предел упругости, однако при этом понижается пластичность стали. Скорость охлаждения стали, нагретой до температуры закалки, оказывает решающее влияние на результат термической обработки.

Воду применяют для охлаждения углеродистых сталей, масло — для охлаждения легированных сталей, имеющих малую критическую скорость закалки.

Отпуск — вид термической обработки, состоящий в нагреве закаленного стального изделия ниже критических точек. (на рис. 1 линия PSK) в интервале 150…650°С, выдержке и последующем охлаждении с любой скоростью, так как при этом виде термической обработки фазовых превращений не происходит.

Цель отпуска - ослабить или полностью предотвратить появление внутренних напряжений, возникающих при закалке, уменьшить хрупкость и твердость, а также повысить вязкость закаленной стали.

В зависимости от температуры нагрева различают виды отпуска: низкий, средний и высокий. При отпуске деталь охлаждают с любой скоростью.

Низкий отпуск заключается в нагреве закаленной стали до 150…250°С, непродолжительной выдержке (от 30 мин до 1, 5 ч) при этой температуре и последующем охлаждении деталей в машинном масле или на воздухе.

Назначение операции — снизить хрупкость и внутренние напряжения в закаленной стали и повысить ее вязкость при сохранении высокой твердости и прочности.

Применяют низкий отпуск для изделий, которые должны быть высоко-твердыми и износостойкими. Такой вид отпуска применяют также для режущего и измерительного инструмента (например, сверл, метчиков, плашек, калибров, скоб, шаблонов и штангенциркулей).

Средний отпуск состоит в нагреве изделий до 300…500°С. В структуре обработанной при этих температурах стали содержится в основном троостит отпуска. Детали приобретают упругие свойства при сохранении высокой прочности. Применяется средний отпуск для пружин, мембран рессор, фрикционных дисков и т. п.

При высоком отпуске стальные детали нагревают до 450…650°С, выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают для получения структуры сорбита отпуска. Назначение высокого отпуска — получить металл с максимальной вязкостью при сохранении достаточно высокой прочности (коленчатые валы, шатуны и др.).

Закалку вместе с последующим высоким отпуском называют улучшением стали. после этого отпуска детали приобретают повышенную ударную вязкость, пластичность, но несколько пониженную твердость поверхности. этому виду отпуска подвергают в основном все ответственные детали машин и механизмов (например, валы, оси, зубчатые колеса).