Термическая обработка чугунов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО "Брянский государственный технический университет"

Кафедра "Машиностроение и материаловедение"

Практическая работа

"Термическая обработка чугунов"

по дисциплине "Конструкционные материалы в энергомашиностроении"

Руководитель Жижкина Н.А.

Студент Грибанов Д.В.

Брянск 2016

Термическая обработка - совокупность операций теплового воздействия на материалы с целью изменения структуры и свойств в нужном направлении. От правильного выполнения термической обработки зависит качество и стойкость изготовляемых деталей машин и механизмов, инструмента и другой продукции. Для проведения термической обработки требуются не только глубокие знания теории и практики, но и умение самостоятельно выбрать и разработать наиболее эффективный технологический процесс термической обработки для различных деталей и инструментов, умение выбрать наиболее рациональный метод контроля, установить причины дефектов, методы их предупреждения и исправления, использовать все технические возможности и правильно организовать работу

При термической обработке в результате нагрева до определённой температуры и охлаждения происходит изменение структуры и, как следствие этого, изменение механических и физических свойств.

Все превращения, происходящие в результате нагревания до определённой температуры и охлаждения в сталях и чугунах, можно проследить по диаграмме железо - углерод (Fe - C), которая является фундаментом науки о стали и чугуне. Углерод с железом образует химическое соединение - цементит или может находиться в сплаве в свободном состоянии в виде графита. Соответственно существуют две диаграммы сплавов железо - углерод: цементитная и графитная

Виды термообработки чугунов:

Отжиг чугунов

Отжиг для снятия внутренних напряжений

Этому виду отжига подвергают чугуны при следующих температурах: серый чугун с пластинчатым графитом - при 500--570 °С; высокопрочный чугун с шаровидным графитом - при 550--650 °С; высоколегированный чугун (типа "кирезист") - при 620--650 °С. Скорость нагрева составляет примерно 70--100 град/ч, выдержка при температуре нагрева зависит от массы и конструкции отливки и составляет от 1 до 8 ч.

Охлаждение до 200 °С медленное, со скоростью 20--50 град/ч, что достигается охлаждением отливки вместе с печью. Далее отливки охлаждаются на воздухе. отжиг тепловой деталь

При этом отжиге не происходит фазовых превращений, снимаются внутренние напряжения, повышается вязкость, исключается коробление и образование трещин в процессе эксплуатации.

Смягчающий отжиг (отжиг графитизирующий низкотемпературный)

Проводят для улучшения обрабатываемости резанием и повышения пластичности. Его осуществляют продолжительной выдержкой при 680--700 °С (ниже точки Ac1) или медленным охлаждением отливок при 760--700 °С. Время выдержки должно быть достаточным для полного и требуемого частичного распада эвтектоидного цементита. Охлаждение медленное для деталей сложной конфигурации.

В результате этого отжига в структуре чугунов увеличивается количество феррита.

Нормализация (серого и ковкого чугуна)

При температуре 850--950 °С. Время выдержки должно быть достаточным для насыщения аустенита углеродом и в зависимости от конфигурации изделий составляет от 1 до 3 ч.

Охлаждение ускоренное, чтобы аустенит смог превратиться в перлит, и чаще всего осуществляется на воздухе. Для деталей сложной формы охлаждение с температуры 600--550 °С должно быть замедленное, чтобы уменьшить величину термических напряжений.

В результате нормализации получается структура: перлит + графит - и повышается прочность и износостойкость. После нормализации для снятия внутренних напряжений применяется высокий отпуск при 650--680 °С с выдержкой 1 - 1,5 ч.

Закалка и отпуск чугунов

Для закалки чугун нагревают до 850--950 °С. Скорость нагрева изделий сложной формы меньше, чем изделий простой формы. Время выдержки обычно составляет от 1 до 3 ч. Охлаждение осуществляют в воде или масле. При закалке аустенит превращается в неравновесные структуры: мартенсит или троостит + графит.

После закалки проводят отпуск при температуре 200--600 °С. В результате повышаются твердость, прочность и износостойкость чугуна. При изотермической закалке чугун нагревают так же, как и при обычной закалке, выдерживают от 10 до 90 мин и охлаждают в расплавленной соли при 200--400 °С. При этом происходит изотермический распад аустенита с образованием структуры: игольчатый троостит + графит.

В результате изотермической закалки повышаются твердость и прочность, но сохраняется пластичность.

Возможна поверхностная закалка кислородно-ацетиленовым пламенем, токами высокой частоты или в электролите. Температура нагрева - 900--1000 °С. Охлаждение - в воде, масле или масляной эмульсии. При поверхностной закалке в поверхностном слое образуются структуры: мартенсит + графит или троостмартенсит + графит. После отпуска при 200--600 °С и охлаждения на воздухе повышаются твердость, прочность и износостойкость поверхностного слоя при наличии мягкой сердцевины.

Старение чугунов

Старение применяют для стабилизации размеров отливок, предотвращения коробления и снятия внутренних напряжений.

Естественное старение

Осуществляют на открытом воздухе или в помещении. Изделия после литья выдерживают в течение 6--15 месяцев. При естественном старении снижение напряжений в отливках составляет 3--10 %.

При вибрационном старении снижение напряжений достигает 10--15 %. Во время вибрации в отливке возникают дополнительные временные напряжения, вызывающие локальные пластические деформации чугуна и таким образом повышающие стойкость к короблению.

Старение методом статической перегрузки отличается тем, что для создания дополнительных временных напряжений деталь подвергают воздействию статических внешних нагрузок. При этом методе снижение напряжений достигает 10--30 %.

Старение методом термоударов (термоциклическое старение) осуществляют путем быстрого нагрева и охлаждения всей детали или отдельных ее участков. Стойкость против коробления повышается за счет пластических деформаций, вызываемых временными температурными напряжениями. Общий уровень напряжений снижается на 10--20 %. Термоциклическое старение осуществляют по следующему режиму: загрузка в печь и нагрев за 3--3,5 ч до 350 °С, выдержка 2--2,5 ч, затем резкое охлаждение (на воздухе), снова поверхностный нагрев (за 1--1,5 ч) до 320 °С, выдержка 4--5 ч, охлаждение вместе с печью до 150--100 °С.

Искусственное старение

Осуществляют при повышенных температурах; длительность - несколько часов.

При искусственном старении отливки чугуна загружают в печь, нагретую до 100--200 °С, нагревают до температуры 550--570 °С со скоростью 30--60 °С/ч, выдерживают 3--5 ч и охлаждают вместе с печью со скоростью 20--40 °С/ч до температуры 150--200 °С, а затем охлаждают на воздухе. Обычно старение проводят после грубой механической обработки.

Практическая часть

Основными разновидностями отжига второго рода чугунов являются графитизирующий отжиг и нормализация.

Графитизирующий отжиг чугуна - это термическая обработка, в результате которой частично или полностью разлагается цементит и образуется свободно выделившийся углерод - графит. Графитизирующему отжигу подвергаются белые, отбеленные и половинчатые чугуны, в структуре которых полностью или частично углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Свободно выделившийся углерод в результате отжига называется углеродом отжига.

Графитизирующий отжиг применяется при производстве ковкого чугуна, а также для снятия отбела в отливках из серого и магниевого чугунов с целью повышения пластичности, снижения твердости и улучшения обрабатываемости.

При термической обработке отливок из белого чугуна для получения ковкого чугуна графитизирующий отжиг является основной операцией технологического процесса. В процессе термической обработки белого чугуна изменяется его фазовый состав и структура; благодаря графитизации чугун из твердого и хрупкого становится пластичным и хорошо обрабатываемым.

Наиболее часто применяют процесс полной графитизации белого чугуна в нейтральной или слабо окислительной среде, в результате получается ферритный ковкий чугун - черносердечный по виду излома, а частичное обезуглероживание происходит попутно.

Типичный режим отжига отливок на ферритный ковкий чугун состоит из пяти периодов:

1) нагрев до 930--970° С, т. е. значительно выше температур интервала превращений;

2) выдержка при этой температуре до полного завершения первой стадии графитизации;

3) промежуточное охлаждение до температур около 760° С, т. е. несколько выше интервала критических температур;

4) медленное контролируемое охлаждение со скоростью не более 5° С/ч вплоть до 700° С, т. е. через весь интервал критических температур;

5) окончательное охлаждение до 550--600° С, т. е. до температуры, при которой отливки выгружают из печи.

Существенными недостатками графитизирующего отжига чугунов является длительность (24...60 ч) отжига отливок и ограничение толщины их стенок.

Вывод: в данной работе мы познакомились с понятием термообработки чугунов, основными её видами. Ознакомились также с операцией графитизирующего отжига и выяснили, что он в основном применяется для отливок из белого чугуна, в результате чего получается ковкий чугун (пластичный и более обрабатываемый).

Список использованных источников

1. В.Б. Бутыгин, А.Т. Евтушенко,В.Я. Огневой Материаловедение Учебное пособие, Изд-во АлтГТУ Барнаул 2002.-356 с.

2. А.И. Покровский "Горячая пластическая деформация чугуна. Структура, свойства, технологические основы" Минск Беларуская навука 2010 -256с.

Размещено на Allbest.ru