5.1.Место термической и химико-термической

обработки в процессе

Деталь, при изготовлении, последовательно находится в следующих состояниях:

заготовка (1)

полуфабрикат

(заготовка после частичной обработки) (2)

готовое изделие (3)

Для состояния 1, 2, 3 характерны общие черты.

• Каждое состояние формируется за счёт температурного и силового воздействия на материал, что сопровождается появлением нежелательных свойств, как поверхности, так и сердцевины изделия (внутренние напряжения, склонность к хрупкому разрушению, высокая твёрдость, недостаточные вязкость и пластичность, напряжения растяжения в поверхностных слоях и др.). Негативные проявления сказываются на качестве изделия и экономичности его изготовления.

• Комплекс механических свойств, по маршруту, последовательно улучшают объёмной и (или) местной обработкой (ТО, ХТО, пластическая деформация и др.) в соответствии с техническими требованиями.

В процессе изготовления детали необходимо обеспечить решение трёх задач:

- формирование формы и размеров поверхностей;

- устранение нежелательных свойств материала, приобретённых на предыдущих этапах обработки;

- улучшение параметров прочности и надёжности изделия в целом или его отдельных участков (поверхностей).

Рассмотрим возможные варианты управления** применением методов термической и химико-термической обработки.

• Состояние 1 (заготовка).

Материал заготовки находится в неустойчивом (метастабильном) состоянии по следующим причинам:

- искажение кристаллической решётки при холодной пластической деформации (нагартованные стали, полученные прокаткой, прессованием и волочением в холодном состоянии: проволока, лист, лента, цельнотянутые трубы и другие профили с тонким сечением);

- неоднородный состав зерна, образующегося при фазовых превращениях в процессе горячей обработки.

Неустойчивое состояние, при комнатной температуре, сохраняется достаточно долго. Стремление структур материала к равновесию, при дальнейшей механической обработке, может вызвать дополнительные погрешности (искажения формы, снижение производительности оборудования и др.).

Нагрев (дополнительный приток внешней, тепловой энергии) сопровождается увеличением внутренней энергии атомов, что приводит к увеличению скорости перехода материала в устойчивое состояние. Режим нагрева обеспечивает разную степень интенсивности процессов. В результате - снижаются внутренние напряжения,уменьшаются искажения кристаллической решётки. Регулирование скорости охлаждения позволяет изменять размеры зерна и влиять на механические характеристики материала.

В рассматриваемом состоянии применяют два метода термической обработки - отжиг и нормализация***.

• ОТЖИГ–нагрев стали, выдержка и последующее медленное охлаждение (обычно вместе с печью).

Для работы с группой конструкционных сталей применяют два вида отжига.

Низкотемпературный отжиг с температурой нагрева до

А1 – (50…100 град.С)****.

Нагрев не сопровождается фазовыми превращениями и используется для снятия

внутренних напряжений (отжиг первого рода).

Полный отжиг с температурой нагрева до А3 + (30…50град. С)*****.

_________________________________________________________________

**)Управление – направленное изменение параметров состояния предмета труда.

***) Мелким шрифтом выделен текст из работы [6].

****) А₁ - критическая точка на линии превращения PSK диаграммы «Fe – Fe₃C».

*****)А₃ – критическая точка на линии GS диаграммы «Fe – Fe₃C».

При нагреве происходит полная фазовая перекристаллизация и как следствие ис-

правление структуры (отжиг второго рода).

В отдельных случаях при обработке легированных сталей применяется диффузи-

онный (литьё) и изотермический отжиг [6].

Применение отжига на стадии заготовки возможно для большинства марок конструкционных сталей.

НОРМАЛИЗАЦИЯ отличается от полного отжигарежимом охлаждения(на спокойном воздухе), что позволяет получить более мелкое зерно и повышенную твёрдость материала.

• Состояние 2 (заготовка после частичной обработки).

На этой стадии актуальна задача формирования комплекса свойств, характеризующих прочность и надёжность изделия в соответствии с техническими требованиями.

Возможности увеличения прочности и твёрдости конструкционных сталей за счёт термической и химико-термической обработки оценивают величиной 200…300% от значения параметров материала в «сыром» состоянии. Варианты решения ограничены требованием незначительного изменения жёсткости изделия (колебание модулей упругости не более 5%).

Задача может рассматриваться для изделия в целом (объёмная обработка) или его поверхностного слоя (при необходимости, для отдельных участков поверхности).

Решение, в большинстве случаев, обеспечивается маршрутом, представленным на рис.5.1.