Лекция 21 Способы и режимы тцо

В литературе и заводской практике разработано много способов и режимов ТЦО для различных сталей м сплавов. Можно сгруппировать виды ТЦО сталей в три группы: НТЦО (низкотемпературная ТЦО), СТЦО и ВТЦО.

Режимы ТЦО различают по назначению, по характеру структурных превращений, по температурному диапазону термоциклирования.

СТЦО предусматривает нагрев в цикле до температуры несколько выше Ас1 (но ниже Ас3), при этом нижняя температура цикла может быть чуть ниже Ар1 (МТЦО - маятниковая ТЦО) или комнатная 20 С.

Маятниковая ТЦО – используют для измельчения зерна Ф-П-сталей. Печной нагрев до Ас1+30-50С, охлаждение на воздухе до Ар1- 50-80С.

СТЦО применяется, например, в качестве ПТО для получения сорбитообразной структуры в среднеуглеродистых улучшаемых сталях, для получения структуры зернистого перлита, уменьшения твердости. СТЦО более быстрый и эффективный способ по сравнению со стандартной ПТО. Режим как при маятниковой, до Ар1- 30-5- С на воздухе, а потом в воде или масле.

ВТЦО (часто ЦЭТО - циклическая электротермическая обработка) – электронагрев (индукционный или сопротивлением – 50 град/сек) до полной аустенизации, охлаждение –30-50с/сек до 420-450С (минимум устойчивости Аустенита) с короткой выдержкой. Часто закалка в последнем цикле и отпуск в качестве окончательной ТМО, обеспечивающей повышенный комплекс механических характеристик.

НТЦО применяется, например, как говорилось выше, в чугунах для устранению ликвации кремния. Нагрев - 30-40С/мин до Ас1 – 30-50С, закалка в воде или масле. Установлено, что при нагреве идет обратная ликвация кремния (из феррита), а при охлаждении прямая. Поэтому, когда нагрев длится дольше, чем охлаждение, результат: снижение присутствия кремния в феррите.

Для сплавов без полиморфных превращений применяют ВТЦО – Твц в области максимальной диффузионной подвижности атомов, и НТЦО – в области интенсивного распада предварительно закаленного сплава. ВТЦО – для растворения избыточных фаз, перераспределения элементов – под гомогенизацию, под закалку. НТЦО – дисперсионное твердение, взамен старения.

Есть разные сочетания:

ПД + ТЦО (МТЦО) – усиление эффекта наклепа.

ХТЦО: ХТО+ТЦО – ускорение процесса (цементация,азотирование, борирование…), иногда некоторое улучшение слоя, предотвращение роста зерна аустенита.

Даже механико-химико-термоциклическая МХТЦО.

В литературе приведены многочисленные примеры успешного эффективного применения ТЦО.

Следует отметить, что при очевидных потенциальных возможностях ТЦО, ее проведение связано с технологическими трудностями: сложно обеспечить быстрый нагрев - охлаждение в крупных садках деталей.

При ТЦО важно, что структура перед каждым следующим циклом новая, что изменяет процессы (фазовые превращения, механизмы, кинетику), даже если циклы одинаковы. При этом за счет накопления структурных изменений материал может приобретать структуру и свойства, которые недостижимы при обычных видах ТО.

СТЦО

МУС - стали 10 и 20 – 5-6 циклов до Твц- 800С, Тнц – 500С. Потом можно отпуск. Повышение вязкости – на 50%. Это улучшает обрабатываемость давлением при 20С, штампуемость с глубокой вытяжкой. Можно зерно уменьшить.

В литой стали 20Л – до 11-12 баллов (5 – 11 мкм). и свойства

То	Бт	Бв	удл	Суж	Ткр 0,5 – зерно
Нормал, 900 С	270	580	20	37	+10С 0,05мкм
Н(1100)+Зак.(940)+отп(600)	290	520	23	55	- 10 0,01
СТЦО	330	530	24	60	-40 0,008

Стали 30, 40 и 60, ударная вязкость (Дж/см2)

Число цикл.	0	1	2	3	4	5	6	7	8
30	160	210	250	280	300	320	325	-	330
40	60	85	105	120	130	140	140	135
60	50	70	80	90	100	110	111	115

Вязкость повышается до 5-6 циклов, потом – нет.

При этом твердость практически не изменяется, она на уровне нормализованной стали. Но повышаются предел текучести, пластические характеристики, а значит работа разрушения Wc.

Марка	То	Бв	Бт	Удл	суж	КСИ, Дж/см2
30	Нормал	522	327	23,6	54,3	164
30	Стцо	499	332	32,2	72,3	323
40	Норм	661	375	22	47	62
40	Стцо	584	384	27	60	131
60	Норм	732	414	18	44	43
60	Стцо	689	464	22	50	110

Здесь СТЦО по маятниковому режиму вблизи А1. (ускоренный печной нагрев – охлаждение на воздухе).

Еще данные по Ст.3 кп (0,14%С). Ун=2С/сек, Уохл=5С/сек, 3 цикла:

Состояние поставки 250Мпа, 408Мпа, 21%, 68%

СТЦО : 537Мпа, 655МПА, 19,5%, 75%.

Сталь 45 образцы с кольцевой выточкой (Rн= 0,25мм, dо= 7,5мм) испытывались на усталость по схеме консольного изгиба с вращением. После нормализации Б-1 = 130Мпа, после СТЦО – 150Мпа.

Для углеродистых сталей (УС) СТЦО, 3-6 циклов (Твц=Ас1+ 30-50С, воздух до окончания превращения ГЦК---ОЦК, затем вода или масло) – не только измельчение зерна, но и сфероидизация цементита. В результате: повышение Б0,2 на 10-15%, сужение – на 10-25%, КСU – на 70 – 11%, на стали 45 Б-1 после улучшения 170Мпа, а после СТЦО – 220Мпа. Оптимальное число циклов устанавливается по КСU.

Обычно, чем больше углерода в стали, тем меньше оптимальное число циклов (у МУС – 5-6, у СУС – 3-5, у ВУС (выше 0,7%С) – 3.

У легированных сталей число циклов с легированностью возрастает (от 3-4 у УС до 15-18 при>5% Лег.Эл-в). Особенности ТЦО легированных сталей связаны с меньшей скоростью диффузии углерода и легирующих элементов, смещением С-кривых, критических температур.

При ТЦО ускоренный нагрев до Ас1+ 50-70С (то есть выше, чем у УС). Например, сталь 40Х – КСUмах после 8-9 циклов (с охлаждением сначала на воздухе, потом в воде или масле).

Примеры:

Сталь 20Х, 5 циклов, числитель-окончательное охлаждение в воде, знаменатель – в масле.

то	Номер зерна	Б0,2	Бв	Удл	суж	КСU, Дж/см2
Зак.от 880С	6	900/750	1250/900	4,5/10	23/45	44/48
ТЦО-1, Твц=880С, Ун=100С/м Тнц=Аr1- 50-100С, ох. Воздух	11	1100/ 1050	1300/ 1200	10/10	41/46	49/48
ТЦО-2 Твц=870С, Ун=5С/мин Уо=17С/м до Аr1-5-10	11	1370/ 1250	1500/ 1400	12/14	56/58	198/120
Норм.с 880	6	320	500	26	65	110
ТЦО -1	11	400	560	25	72	180
ТЦО-2	11	400	560	35	80	270
Изотермическая зак-ка		870	1030	12	50	60
12Х2Н4А, изотермич. Зак-ка		1100	1200	15	60	100

Путем СТЦО сталь 20Х можно перевести в сверхпластичное состояние (ультрамелкое зерно, высокий скоростной коэффициент прочности, полное относ. Удл = 85%).

Как и для УС – измельчение зерна, сфероидизация карбидов, наклеп - под закалку. Повышение сопротивления усталости.

Снижение склонности к отпускной хрупкости. Поэтому повышается теплостойкость: например, сталь 40Х может работать при 450-600С (крепежные изделия, седла клапанов и др.) – нет теплового охрупчивания.

Приводятся в литературе многочисленные данные исследований, показывающих возможность существенного повышения свойств и качества высоколегированных сталей (аустенитных, мартенситностареющих и др.).

На инструментальных сталях эффекты существенные:

1. Ускорение сфероидизации карбидов, получения зернистого перлита – выше производительность процесса смягчающего отжига, меньше времени.

2. Повышение вязкости.

Лекция

Способы повышения размерной стабильности сталей и сплавов

Лекция

Восстановительная термическая и термоциклическая обработки

Влияние ТЦО на размерную стабильность при ТО и эксплуатации

Коробление при ТЦО меньше, чем при ТО: меньше при высоких температурах, когда могут быть деформации, другие причины.

После эксплуатации размерная нестабильность из-за внутренних остаточных напряжений (их релаксации), структурных изменений.

Методы повышения размерной стабильности:

1. снижение остаточных напряжений

2. повышение сопротивления микропластическим деформациям

3. структурная стабильность

ТЦО – по всем этим направлениям может «работать»:

в мелкозернистой стали при отжиге (среднем, высоком) быстрее снижаются внутренние напряжения,

субмикростуктура (полупроницаемые границы субзерен) после ТЦО (как и после ТМО) обеспечивает высокое сопротивление микропластическим деформациям.

ТЦО специально иногда применяют для снижения напряжений, например, в литых алюминиевых сплавах – по режиму циклов от -- -70С (в углекислоте) до +150С – релаксация напряжений около кристаллов кремния (при охлаждении микропластическая деформация и релаксация), при нагреве отдых и стабилизация структуры).

Лекция

Особенности ТО штампового инструмента

Лекция

Особенности обработки мерительного инструмента

ТЦО – как восстановительная ТО (ВТО).

ВТО применяется для исправления повреждаемости, например, в паропроводах, котлах и т.п. – в условиях повышенных температур эксплуатации и ползучести развивается пористость, снижается плотность (ПЛ) вплоть до критической ПЛ кр, после которой уже невосстановимо. Обычная ВТО – отжиг.

ТЦО – значительно эффективнее обычной ВТО (отжига) действует, кроме того, может восстанавливать при меньшем отношении

ПЛ/ ПЛкр.

ТЦО- чугунов

НТЦО – циклирование ниже Ас1 – вокруг Аr1. Ун < Уохл/

Дело в том, что хрупкость ВЧ и СЧ во многом связана с ликвацией (при охлаждении отливки) кремния в феррите около графитных частиц (%Si>3%).

Графитизирующий отжиг снижает НВ за счет перевода Перлита в Феррит, при этом повышает ударную вязкость от 20 до 60Дж/см2 (на ненадрезанных образцах), но ликвацию кремния не устраняет.

Гомогенизирующий отжиг (1050С, 10 час) устраняет ликвацию кремния (-3% Si, т.е. средняя), повышает КС до 100 – 150 Дж/см2. НТЦО создает обратную ликвацию (за счет того, что охлаждение быстрее нагревов в цикле, и термодиффузия в большей мере проходит в направлении от графита), снижает % Si ниже среднего (-1%), повышает КС до 100-140Дж/см2. Лучший вариант: графитизирующий отжиг + НТЦО (взамен гомогенизирующего).

Также успешно можно применять к чугунам СТЦО (перевод в зернистый перлит, за 4-6 циклов можно поднять КС до 150 – 170 Дж/см2, ускорение графитизации), ВТЦО – ускорение нормализации с переводом Ф и Ф-П в Перлит, графитизации: 10-12 циклов от 1000С до 600С (ускорение по сравнению с отжигом, улучшение свойств, вероятно, в результате и здесь – перевода в сорбитообразный зернистый Перлит), например, при устранении отбела, также при переводе белого чугуна в КЧ (900-950С воздух---600-620С ---вода ----900-950С---).