§ 7. 3. Поверхностная закалка с нагревом в электролите

В качестве электролита обычно применяют 14 – 16 %-ный водный раствор кальцинированной соды. Закаливаемую деталь допускают в ванну 1 с электролитом и присоединяют к отрицательному полюсу генератора постоянного тока (рис. 7.9.). Деталь погружают на заданную глубину и нагревают в течение нескольких секунд, после чего ток выключают. Охлаждающей средой может быть тот же электролит.

При нагреве в электролите возникают электролитические и электроэрозионные процессы, очищающие нагреваемую поверхность от окислов и других пленок, ухудшающих теплопередачу. Скорость нагрева 10 – 150 °С в секунду. Поверхностная закалка в электролите применяется для упрочнения ведущих колес звеньев гусениц поддерживающих роликов гусеничных тракторов и других деталей.

Рис 7.9. Принципиальная электрическая схема нагрева в электролите:

§ 7.4. Поверхностная закалка с нагревом газовым племенем

При этом методе закалки нагрев поверхности детали часто осуществляется ацетилено – кислородным пламенем, температура которого 3150 °С (рис. 7.10.). Толщина закаленного слоя может быть в пределах 1 – 10 мм. Твердость закаленного слоя HRC 58 – 60. Время нагрева 10 – 15 с. Температура поверхностного слоя составляет 1000 – 1300 °С.

Охлаждающей средой при закалке является вода, сжатый воздух,

Рис. 7.10. Схемы способов поверхностной закалки при нагреве пламенем:

а - стационарный, б - вращательный, в - поступательный, г - комбинированный; 1 - зона нагрева, 2 - зона охлаждения

растворы солей и эмульсии. После закалки проводится низкотемпературный отпуск при температуре 180 – 220 °С.

При нагреве пламенем используют обычные сварочные горелки, в которых применяют щелевые и многопламенные наконечники.

Перед закалкой детали для улучшения структуры подвергают предварительной термической обработке – нормализации или улучшению.

Этот метод применяется для поверхностной закалки звездочек, цапф, валов и осей, зубчатых колес и других деталей. Метод простой и доступный, особенно в единичном и мелкосерийном производстве и при ремонтных работах.

Недостатки метода: перегрев поверхности, трудность измерения и регулирования температуры, невозможность обеспечить заданную толщину закаленного слоя.

Глава VIII термическая обработка чугуна

§ 8.1. Классификация чугуна

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают: белый чугун, в котором весь углерод связан в цементит; серый чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита; высокопрочный чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита; ковкий чугун, в котором весь углерод или значительная часть его находится в свободном состоянии и форме хлопьевидного графита. Получается в результате отжига отливок из белого чугуна (рис. 8.1.).

Из приведенной классификации чугуна видно, что отличительной особенностью чугунов является наличие в структуре свободного углерода – графита, который в той или иной степени ослабляет металлическую основу.

Белые чугуны имеют белый блестящий излом. Они обладают высокой твердостью и хрупкостью, практически не обрабатываются режущим инструментом.

Отбеленными называют чугуны, имеющие в поверхностных слоях структуру белого чугуна, а в сердцевине – серого чугуна.

Отбеленная зона «корочка» глубиной 12 – 35 мм получается при заливке чугуна в металлические формы или кокили.

б –серый чугун × 100, графит пластинчатый, в - высокопрочный, г- ковкий чугун × 100, графит шаровидный.

В зависимости от количества углерода, связанного в цементит, различают: белые чугуны – практически весь углерод находится в виде цементита; половинчатые чугуны – С_св (С_{св –} количество углерода, находящегося в связанном (Fe₃C) виде) > 0,8 %; структура – перлит + ледебурит + графит; перлитные серые чугуны – С_св~0,8 % С; структура – перлит + графит; феррито-перлитные серые чугуны – 0,8 % С > С_св > 0,02 % С; структура – перлит + феррит + графит; ферритные чугуны – С_св= 0 %; структура – феррит + графит.

Обычный промышленный чугун содержит те же примеси, что и углеродистая сталь – марганец, кремний, серу и фосфор. Эти примеси влияют на графитизацию, структуру и свойства чугуна.

Кремний усиливает графитизацию. Выделению графита способствуют также алюминий, медь, никель и титан.

Марганец, молибден, сера, хром, ванадий, вольфрам способствуют образованию цементита.

Фосфор образует в чугунах тройную фосфидную эвтектику (Fe(P) + Fe₃C + Fe₃P), которая обладает высокой твердостью, поэтому чем больше фосфора, тем выше твердость и хрупкость чугуна.

Сера – вредная примесь, понижает жидкотекучесть, увеличивает усадку и склонность к образованию трещин.

Если в чугуны вводят алюминий, медь, хром, никель, кремний свыше 3,5 % и марганец свыше 1 %, то такие чугуны называются легированными или специальными.

Скорость охлаждения чугуна влияет на его структуру. В зависимости от толщины отливки при одном и том же химическом составе структура получается различной. Для выбора химического состава чугуна в зависимости от требуемой структуры и свойств опытным путем строят структурные диаграммы. Например, если детали отлиты из чугуна состава C + Si = 4 %, то в деталях с толщиной стенки до 10 мм получается белый чугун, от 10 до 20 мм – половинчатый чугун, от 20 до 60 мм – перлитный серый чугун, от 60 до 120 мм – феррито-перлитный серый чугун.

Серые чугуны маркируют буквами СЧ и цифрами. Первые цифры показывают предел прочности при растяжении, вторые – предел прочности при изгибе.

Установлены следующие марки серого чугуна (ГОСТ 1412 – 70): СЧ00 (без механических испытаний), СЧ 12 – 28, СЧ 15 – 32, (СЧ 24 – 44, СЧ 32 – 52 и др. Например, марка СЧ 12 – 28 показывает, что чугун имеет σ_в = 120 МН/м² (12 кгс/мм² ) и σ_изг= 280МН/м² (28 кгс/мм²). Твердость чугуна этой марки НВ 143 – 229. Отливки из серого чугуна широко применяют для станин, маховиков, поршневых колец, поршней, гильз и других деталей.

Для получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в ковш с жидким чугуном вводят металлический магний или другой модификатор. Магния в чугуне должно быть 0,03 – 0,07 %.

В зависимости от химического состава чугуна, скорости охлаждения могут быть получены высокопрочные чугуны со следующей структурой: феррит + шаровидный графит, феррит + перлит + шаровидный графит, перлит + шаровидный графит.

Высокопрочные чугуны маркируют буквами ВЧ и цифрами

Первые цифры показывают предел прочности при растяжении, последующая цифра – относительное удлинение.

Установлены следующие марки чугуна (ГОСТ 7293 – 70): ВЧ45 – 0 ВЧ50 – 1,5, ВЧ60 – 2, ВЧ45 – 5, ВЧ40 – 10. Например, марка ВЧ60 – 2 показывает, что чугун имеет предел прочности 588 МПа (60 кгс/мм²), относительное удлинение 2 %. Твердость НВ 197 – 269.

Чугуны, модифицированные магнием, имеют более высокие механические свойства, чем обычный серый чугун, благодаря шаровидной форме графита. Высокопрочные чугуны легируют хром, никелем, молибденом, титаном, алюминием с целью получения особых свойств: жаростойких, антифрикционных и т. д. Чугуны с шаровидным графитом применяют для ответственных деталей, например, коленчатых валов, кулачковых валов, деталей насосов и т. д.