4. Термічна обробка пластин

Термічна обробка – це ефективний спосіб впливу на зміну структури металу, а також його властивостей. Вона полягає в нагріві металу до певної температури, витримці і послідовного охолодження з визначеною швидкістю.

Термічній обробці піддають напівфабрикати (заготовки, поковки, штампування тощо) для поліпшення структури, зниження твердості, поліпшення оброблюваності, і остаточно виготовлені деталі та інструмент для надання їм необхідних властивостей.

В результаті термічної обробки властивості сплавів можуть змінюватися в широких межах. Наприклад, можна отримати будь-яку твердість сталі від 150 до 250 НВ (вихідний стан) до 600-650 НВ (після загартування).

До пластин живильників застосовуються такі види термічної обробки:

1. Відпал. Відбувається нагрівання до температури від 870°С до 900°С, витримка 2 години і повільне охолодження металу до 500°С разом з піччю. Відпал триває 8 – 9 годин. В результаті відпалу отримуємо зниження твердості, зменшенням зернистості металу, зняття напруг. Також частково усуваються неоднорідності структури, які виникли під час лиття.

2. Загартування. Під час цієї термічної обробки деталь нагрівається до температури від 900°С до 930°С, витримується 0,5 години і швидко охолоджується у воді. Вода як охолоджувальне середовище має ряд суттєвих недоліків. Висока швидкість охолодження часто призводить до утворення дефектів загартування. З підвищенням температури води різко погіршується її охолоджувальна здатність і можуть виникнути тріщини. Тому температуру води ретельно контролюють. В результаті загартування підвищується міцність і твердість, понижується пластичність деталі, підвищується її зносостійкість.

3. Відпуск. Під час цього процесу формується структура сталі. Знімаються внутрішні напруження, що виникають в процесі загартування, підвищується в'язкість, зменшується твердість і крихкість металу. Відпуск є завершальним етапом термічної обробки, в результаті якого сталь отримує необхідні механічні властивості. До пластин живильників застосовується високотемпературний відпуск. Він створює найкраще співвідношення міцності і в’язкості сталі. Процесс проводиться в термопечі. Відбувається нагрів металу до 680°С за 5 годин і витримка при цій температурі 2 години. Далі – охолодження з піччю до 500°С.

1.4.1 Дефекти, що виникають при термічній обробці

Найпоширенішими дефектами термічної обробки є:

• тріщини;

• деформації;

• жолоблення;

• зневуглецювання.

Внутрішні та зовнішні тріщини є основними дефектами, що можуть виникати при загартуванні пластин. Тріщини при загартування утворюються у тих випадках, коли внутрішні розтягувальні напруження, що виникають внаслідок мартенситного перетворення, перевищують опір сталі руйнуванню. Схильність до утворення тріщин зростає із збільшенням у сталі вмісту вуглецю, підвищенням температури загартування і збільшенням швидкості охолодження у мартенситному інтервалі температур.

Іншою причиною утворення тріщин є наявність у пластинах живильників концентраторів напружень: різка зміна перерізу пластин, а також місцеві заглиблення.

Тріщини є дефектами, що не виправляються. Рекомендації для запобігання тріщин:

• загартування слід проводити від низьких температур;

• використовувати ступеневе загартування для повільного охолодження в мартенситному інтервалі температур;

• після загартування слід швидко проводити наступний відпуск.

Деформація або зміна розмірів і форми пластин відбувається при термічній обробці в результаті термічних та структурних напружень під дією неоднорідних об’ємних змін, що викликані нерівномірним охолодженням. Отже, щоб уникнути деформації пластин необхідно забезпечити рівномірність охолодження деталі.

Жолоблення – це несиметрична деформація виробу. Воно спостерігається при нерівномірному і надмірно високому нагріванні під час загартування, неправильному положенні деталі при занурюванні в охолоджувальне середовище і високою швидкістю охолодження в мартенситному інтервалі температур. Усунення цих причин значно зменшує жолоблення.

Зневуглецювання. При нагріванні сталі на поверхні виникає шар окалини, який складається з FeO, Fe₂O₃ і Fe₃O₄. Маса цього шару може складати 1 – 2 % від маси пластини. Крім того, в поверхневому шарі металу відбуваються суттєві зміни. Через взаємодію із киснем поверхневий шар втрачає вуглець. Товщина зневуглецьованого шару досягає 1,5 – 2 мм.

Для зменшення негативних наслідків нагріву застосовують ступеневий нагрів.