11.3.5. Определение расчетных сечений для назначения времени выдержки при нагреве и охлаждении в процессе закалки, нормализации и отпуска. Типовые режимы термической обработки поковок

Определение расчетных сечений и условия расчета сечений деталей для назначения времени термической обработки представлены в табл.11.57.

Продолжительность предварительной термической обработки зависит от ме­тода выплавки (сталь считается вакуумированной и для нее назначается соответствующий режим отжига при содержании водорода в слитке, не превышающем 2,5 см³ /100 г металла) стали и определяется в значительной степени содержанием в слит­ке водорода (табл. 11.58).

Предварительная термическая обработка проводится, как правило, в газо­вых печах с выкатным подом. Подбор садок ведется с учетом марки стали, сечения поковок, метода выплавки и содержания водорода. Разница между поковками по сечению в данной садке не должна превышать 400…500 мм. Режим термической обработки всей партии поковок назначается по той поковке, которая требует мак­симальной продолжительности нагрева, наибольшей выдержки при наиболее медленном охлаждении.

Нижний ряд поковок укладывают на проложки высотой 300…350 мм, верх­ний ряд — на проложки высотой 200 мм. Поковки не должны касаться друг друга. В качестве примера ниже приведены требования одного из заводов тяже­лого машиностроения по загрузке поковок в печь (табл. 11.59).

Таблица 11.55

Среды для нагрева под закалку.

Состав солей и сплавов, применяемых в соляных печах-ваннах

Наименование	Химическая формула и процент основного вещества	ГОСТ и ТУ
Селитра калиевая 3-й сорт Селитра натриевая марка Б Кальций хлористый технический 1сорт То же гидратированный Калий хлористый 1-й сорт То же 2-й сорт Кали едкое 1-й сорт Сода кальцинированная марка А 1-й сорт То же 2-й сорт Барий хлористый 1-й сорт Бура техническая марка Б Калий железистосинеродистый 1-й сорт Натрий железистосинеродистый технический 1-й сорт То же 2-й сорт То же 3-й сорт Сода каустическая гранулированная марки ГР 1-й сорт То же марка ГТ Натрий цианистый технический Цианамид кальция технический 1-й сорт То же 2-й сорт	KNO3 – 98 % NaNO3 – 98 % CaCl2 – 90 % CaCl2 – 80 % KCl – 95 % KCl – 92 % KOH – 95 % Na2CO3 – 99 % Na2CO3 – 98,5 % BaCl2·2H2O – 96,5 % Na2B4O7·10H2O – 94 % K4Fe(CN)6·3H2O – 96 % Na4Fe(CN)6·10H2O – 97 % Na4Fe(CN)6·10H2O – 95 % Na4Fe(CN)5·10H2O – 90 % NaOH – 98,5 % NaOH – 94 % NaCN – 88 % Ca(CN)4 - 18 % Ca(CN)4 - 15 %	5.1138-71 828-77 450-77 4568-95 9285-78 5100-85 742-78 8429-77 6816-79 ОСТ10177-39 СТО00203275-2062007 8464-79 -

Таблица 11.56

Характеристика смесей солей, применяемых для соляных печей-ванн

Состав смеси	Содержание, % вес.	Температура плавления, °С	Удельный вес при температуре, °С		Температура применения, °С
			Температура	Удельный вес
NaCl^* KCl	44 56	660	25 870	2,08 1,88	720-900
NaCl^* BaCl	22,5 77,5	635	-	-	665-870
NaCl BaCl	55 45	540	25	2,3	870-900
NaCl^* CaCl	27,5 72,5	500	-	-	550-800
BaCl2 CaCl2	50 50	595	-	-	630-850
NaCl Na2CO3	35 65	620	-	-	650-900
NaCl Na2CO3	50 50	560	25	2,3	590-900
NaCl^* K2CO3	50 50	560	-	-	590-820
KCl^* Na2CO3	50 50	577	25 760	2,24 1,76	650-870
KCl BaCl2	50 50	640	-	-	670-870
NaCl^* KCl Na2CO3	10 45 45	595	-	-	630-850
NaCl^* KCl BaCl2	37 41 22	552	25 760	3,07 2,32	590-880
KCl NaCl CaCl2	50 20 30	530	-	-	560-870
NaCl BaCl2 CaCl2	21 31 48	435	-	-	480-780
NaCN^** Na2CO3 BaCl2	80 15 5	540	25	1,3	650-900
NaCN^** Na2CO3 NaCl	75 10 15	590	25 850	1,62 1,25	700-850
NaCN^** Na2CO3 NaCl	45 10 45	675	25 850	1,88 1,37	750-850
NaCN Na2CO3 NaCl	30 45 25	625	25 850	2,09 1,52	700-850
NaCN KCN	75 25	523	-	-	550-600
NaCN KCN	53 47	445	-	-	500-550
NaNO3 KNO3	50 50	143	25 315	2,22 1,85	160-550
NaNO3 KNO3	50 50	225	25 425	2,27 1,89	280-550
NaNO3 KNO3	50 50	220	-	-	280-550
^*Эвтектические смеси. ^** При температуре выше 550 °С селитра разлагается. При перегреве селитра вступает в химическое соединение (экзотермическое) с железом и чугуном, что связано с опасностью взрыва. Опасен местный перегрев селитры. Недопустимо и весьма опасно соединение селитры с сежей, углем и водой (влажными деталями). При расплавлении объем селитры увеличивается.

Окончательная термическая обработка крупных поковок проводится в га­зовых или электрических вертикальных печах, в которых детали закрепляются на специальных подвесках. В виде исключения разрешается применять горизонталь­ные печи с выкатным подом.

Типовые режимы термической обработки поковок. На заводах тяжелого маши­ностроения применяют типовые режимы предварительной термической обработки (рис. 11.41…11.43). Особенностью этих режимов является введение после аустенитизации переохлаждения до 200…350 °С (в зависимости от садки), что повышает эффектив­ность антифлокенной термической обработки. На некоторых заводах для деталей I и II групп проводят отжиг при 640…650 °С.

Продолжительность отжига поковок в зависимости от марки стали и садки колеблется от 200 до 1000 ч, что создает большую задолженность печей и делает этот процесс дорогостоящим.

Окончательная термическая обработка поковок обычно включает закалку (или нормализацию) и высокий отпуск. Продолжительность этих операций со­ставляет 100…400 ч (рис. 11.44).

Разработана ускоренная технология предварительной и окончательной термической обработки. Сущность ускоренного процесса предварительной терми­ческой обработки состоит в специализированном использовании ряда печей: на аустенитизацию, на переохлаждение и на отпуск с перемещением пода с поков­ками в процессе термической обработки по технологической цепочке. Это дает возможность уменьшить продолжительность процесса на ≈15 % и сэкономить топлива на ≈18 %.

При ускоренном процессе окончательной термической обработки деталей, проводимом методом пересадки, одновременно используется блок термических печей, состоящий из печи под закалку или нормализацию, одной или двух печей под отпуск и одной печи для изотермической выдержки после отпуска. Внедрение этой технологии позволяет сократить продолжительность термической обработки на 10…15 % и сократить расход топлива на ≈10 %.

Таблица 11.57

Определение расчетных сечений деталей для назначения времени выдержки при нагреве и охлаждении в процессе закалки, нормализации и отпуска

Условия расчета		Расчетное сечение
Валы и диски: а) L ≥ D б) L < D		dрасч=D dрасч=L
Гладкие пластины, штанги, рейки		По наименьшему размеру dрасч=H
Пластины с уступами: а) B ≤ H б) L1 ≤ 0,5 H в) L1 ≥ 0,5 H		dрасч=B dрасч=H dрасч=
Валы с уступами, вал-шестерни: а) L2 < 0,5D2 б) L2 ≥ 0,5D2		dрасч=D2 dрасч=
Детали типа колец или цилин­дров с отверстием:		dрасч=2b dрасч=b dрасч=L dрасч=b
L > DH	dвн < 200 мм dвн > 200 мм
L < D	b > L ≤ DH b ≤ L ≤ DH
Детали типа рычагов		hрасч=
Полумуфты, муфты		dрасч=0,5D

Таблица 11.58

Распределение сталей различной легированности по степени

флокеночувствитсвительности

Группа	Степень легированности	Марка стали
I	Углеродистые	15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55
II	Низколегированные	20Х, 35Х, 40Х, 50Х, 55Х, 10Г2, 50Г, 50Г2, 60ХГ, 15ХМ, 35ХМ, 38Х2МЮА, 20ГС, 25ГС, 20XГСА, 35ХГСА, 08ГДНФ
III	Среднелегированные	20ХН, 40ХН, 50ХН, 60ХН, 40ХНМ, 34ХН1МА, 38ХГН, 12Х1М1Ф, 15Х1М1Ф, 5ХГМ
IV	Высоколегированные	34ХНЗМ, 38ХНЗМА, 18Х2Н4МА, 5ХНМ, 5ХНМ2

Таблица 11.59

Требования по загрузке поковок в печь с выкатным подом

Сечение поковок, мм	Расстояние между поковками в горизонтальном ряду, мм	Расстояние, мм
		От горелок	От торцевых стенок печи
			холодных	горячих
До 600 Св. 600	100 200	200 200	500 500	300 300

Рис. 11.41. Отжиг поковок из сталей I и II групп по

флокеночуствительности

Рис. 11.42. Изотермический отжиг поковок I и II групп

в)

Рис. 11.43. Изотермический отжиг поковок из сталей III и IV групп:

а) – с одним отпуском; сталь 34ХН3М: основная – слиток массой до 15,6 т, кислая – слитки любой массы; сталь IV группы: кислая – слитки массой до 57 т; б) – с двумя отпусками; в) – с тремя отпусками

Рис. 11.44. Режимы нагрева и охлаждения при нормализации, закалке

и отпуске поковок из конструкционных сталей