Упрочнение металлов

Citation preview

Серия справочников для рабочих

С.Н.ПОЛЕВОЙ в.д. Евдокимов

Упрочнение металлов

СПРАВОЧНИК

МОСКВА « МАШИНОСТРОЕНИЕ 1986

>}

ББК 34.65 П49 :УДК 621.787.669 (035}

Рецензент лауреат Госу.!!арственной ,!!·р техн. наук В, Н . Лозо вский

П49

премии СССР

Полевой С. Н., Евдокимов В. Д. �'прочнение металлов: Справочник. М.: Машиностроение, 1986. 320 с., и л . (Серия справоч­ ников для рабочих). В пер. 1 р. 30 к. -

Изло ж ены св еден и я о с о в реме н н ых м етода х упроч н е н и я м ета ллов: механнGеских, тер миче ск их" физико - хим ических, а также об обл а ст я :ю их п р11менения. Д а ны реко м енда ци и по р ацио н ально м у выбо ру н а иболее эффе1> термообработку в такой последова­ тельности: н агрев ДО 820 -850 ° С; н а грев ДО 960-980 ° С; наг.рев до 1 240- 1300° С;. охлаждение в масле иJш в струе холодного возду х а ; отпуск при 540-560 ° С с выдержкой 62 ; диаметром свыше 1 5

52 У П Р О Ч Н Е Н И Е Т Е РМИЧ ЕСК ИМ И И К Р ИО Г Е Н Н ЫМИ М Е ТОД АМ И ЗU. Продолжительность наrрева рез цов из быстрорежущей стали

под закалку, мин Р азмер н а и мен ьше й сто роны сече н и я резца, м м

10 12

16 20 25 30

Ч И C JJ U одв о n р е м е н н о н агре в а е � ы х резно в , ш т .

О т 6 до 8 ))

»

))

»

»

6

5

3 2 2

»

»

))

» »

7 6 5 4 3

В ысокотем пературная соляная ванн а

От 1 , 2 до 1 , 5 С в . 1 , 5 )) 2,0 ))

))

2,0

2, 5

От 3,2 С в . 4,0

»

))

))

»

2, 5 3,0 4, 0 5,0

К амерн ая

От 2, 5 ДО

Св . 3,0 }}

))

))

»

4,0 5,0 6,0 8,0

}}

}}

))

»

п ечь

3,0 4,0 5, 0 6,0 8,0 1 0,0

в печи в течен и е 2 -3 ч (в зависимости от сечени я ) ; ох ­ л аждени е в масле или в стр уе холодного возду х а . Твер­ дость р ежущей ч асти р езца после отпуска должна быть H R C 62-65. Термообработка фрез . Тер мообр аботк у червячных , ци ­ л и ндри ческ и х , тор цовых, дисковых , пазовых, отрезных и фасонных фрез из быстрор ежущей стали осуществл я ют в такой последовательн ости : первый подогрев до 600650 ° ; второй подогрев до 800-850 °С; окончательны й н а­ грев ДО 1 270- 1 290 °С; охлаждени е ДО 200-250 °С В СОЛЯ· ной ванне, нагретой до 500-550 °С, или в м асле, темпе­ р ату р а которого равна 90- 1 40 °С, с последующим ох­ л аждением на воздухе; п р омывка, трехк р атный отпуск п р и 550-570 °С в соля ной ванне; промывк а и пассиви­ рование; контроль твердости . Продолжительность н а­ гр ева фрез под закал ку , п р иведена в табл . 3 1 , 32 . Сборные фрезы (концевые и шпоночные) термически обр абатываются по такому же р ежиму , как и свар ные сверла. Прорезные фр езы н агревают в вертикальном по­ ложени и . Дисковые фрезы толщиной до 2 , 5 мм во избе­ жание деформаци и охлаждают между металлическим и пли­ т а м и . Отпуск должен быть двукратным п р и 550-570 °С. Закалку чер вячных фр ез в масле п роводят в гор изонталь­ н ом положени и . Ф р езы из у глеродистой стали после на­ гр ева под закалку в соляной ванне охлаждают в воде и ватем перено с ят в масло. В ыдерж ка в воде долж н а быть н а и м еньшей во избежан и е появлен и я трещи н . Н апри мер, фрезу диаметром 25 мм охл аждают в воде 3-4 с, после чего переносят в м а сло .

У П Р О Ч Н Е Н И Е Т Е Р МИ Ч ЕС К ИМИ М Е ТОДАМ И

53

31 . Продолжительность нагрева цилиндрических фрез под закалку, мин м етр Дфираез ы , мм

Ширин а ф р ез ы , мм

Ч исло одн овре мен н о н аг р е ваемы х

Б ыстр ор ежуща я стал ь

фр ез,

Сол я н ая ва н н а

2

1 , 1 -1 , 2 1 , 4- 1 , 5 1 , 8 -2 , 0

шт.

40 50 60

50 60

75

60 75

90

1 00

2

2 1

1 Камер- Соляная 1

2, 6-2 , 8 3 , 8 -4 , О

1

Л еги р ован н ая сталь

н а я печь

в ан н а

2, 2-2, 4

2 , 2-2,4 2, 8-3 , О 3 , 6-4,0 5, 2- 5 , 6 7, 6-8,О

2,8-3,0 3 , 6-4, 0 5,2-5 , 5 7, 6-8, 0

Ка мер • н ая п ечь

1 0- 1 1

1 2- 1 3

1 4- 1 6 1 8-2 6

22-24

32. П родолжительность (м и н ) нагрева концевых фрез под закалку Дна -

метр, мм

3-4 5- 6 7-8

Ч и сл о одновре м:ен н о н агр е в ае м ых ф рез, шт.

1 0- 1 5 8- 1 0 6-8 6-8 5-6

Б ыстр оре ж ущ а я ст а ль Сол я н а я ванпа

1

К а мерн ая печ ь

0,3-0 ,35 0 , 8- 1 ,0 0 , 5-0,58 Св . 1 , 0 до 1 , 2 0, 75-0,9 1 , 5- 1 , 7 1 ,0- 1 , 1 Св. 1 , 8 ДО 2,0 )) 2,0 )) 2 , 5 1 , 1 - 1 ,3 3, 0-3, 5 1 , 5- 1 , 6 1 , 7- 1 , 8 Св . 3, 5 д о 4, 0 )) 4,0 )) 4, 5 2,0-2,2

10- 1 1 1 2- 1 5 1 6- 1 7 1 8- 1 9 20-2 1

4-5 3-4

22-2 6

3-4

2, 3 - 2 , 4

4,5

5,0

27-28

2-3

2 , 5 - 2, 8

5,0

5,5

5-6

У г лероди с та я, леги р о в ан н ая сталь Сол я н а я ван н з

0 , 6-0,8 1 , 0- 1 , 3 1 , 5- 1 , 8 2,0-2 , 2

2, 4-2 , 6 3, 5-3, 8

4 ,0-4 , 5 Св. 4 , 5 до 5,0 Св . ДО

5,0 5,5

1

К:а мерн а я печ ь

3-4 5-6

Св . 6 до

7

))

»

7 8

1 2- 1 3 13 до 14 1 5- 1 6 1 7- 1 8

Св .

Св .

1 8 до 20

Прецизион ные зуборезные инструменты из стали типа Р6М5 и Р6М5 К5 целесообразно изготовл ять с р азделе­ н ием процесса шл ифования закаленного инструмента н а пр едвар ительное и окончательное. В этом случае после­ ду ющи й дополн итель ный отпуск п р и 500 ° С в течен ие 1 ч после предвар ительного шл ифов а н и я и п р и 200 ° С в те­ чен ие 1 ч после окончател ь ного шлифования наиболее н а· дежно стабилизирует р азмеры инструмента п р и хр анении. После окончатель ной термообр аботки контр олируют твердость фрез твердомер ом или тар ированным н а пиль·

54

У П РОЧ Н Е Н И Е

Т Е Р М И Ч Е С К ИМ И

3 3 . Продолжительность наrрева

И

К Р И О Г Е Н Н ЫМИ М Е Т О Д АМ И

ником. Он а должна со­ ста вл ять НR C 62-65. К аче ство отпуска пр о ­ Ч и сло одн о в р е вер я ют м а гн итным м е­ Тол мен н о Солян.ая щи н а Камер· тодом у 5-1 0 % ф рез н а г ре плаш ван н а н а я п еч ь в а е м ых ки, мм из парти и . п л а ш ек, шт. Термообрабо тка пла­ шек. Плашки должны 6-7 6 1, 6-1 , 8 10- 1 2 иметь повышенную вяз­ 7 7-8 1 0- 1 2 1 ,8-2,0 кость . В цел я х п редот­ 9 8-9 2,3-2,5 8- 1 0 вр ащен и я выкр ашива­ 8- 1 0 11 9- 1 0 2 , 5-2,8 н и я р ежущей части и х 1 0- l l 14 2 ,8-3,0 6-8 1 4- 1 5 18 3,2-3, 5 6-8 н а гр евают под закалку 5-6 17 1 8 22 4,2-4, 5 до нижнего предела 25 4, 7-5,О 22-24 5-6 темпера т ур с м и н и м а ль ­ 4-5 28-30 30 6,0-6 , 5 ной выдержкой. Про­ 7 5-8 0 36-38 36 3-4 должит ел ьность н а­ гр ева п л а ш ек под за ­ кал ку п р и в еден а в табл 33. Предв а р ительный п одогрt: в п лашек п од закал ку п р оводят в с о л я н о й в а н н е д о 750 780 °С. Пл ашки ди аметром более 25 мм п р едварительно н а грев а ют до 400 °С. Во и з бежан и е обез у глероживания повер хности р езьбы н а гр ев ведут в хоро ш о р аскисленной сол я ной ванне. При окончательном н а греве в камерной печи п лашки покрывают слоем буры. Во избежание кор облени я не допускается п р овисание плашек в печ и . В р ем я вы­ держки в ка м ер н ой печи -1 м и н н а 1 мм 2 се ч ен ия плашки. Плоские плашки дл я уменьшения коро б ле н ия охла­ ждают под пр ессом между пл итами , охлаждаемыми водой. Танген циальные плашки охлаждают в сел итре п р и 450500 ° С или в масле п р и 150 -200 °С , а затем на возду хе. Плоские пл ашки отпускают при 1 60 - 1 70 °С в т е ч ение 24 ч. Дл я тан генциальных плашек проводят двук р атный отпуск по 1 ч при температу р е до 540-580 °С. Твердость пл ашек дол жн а быть в пределах HR C 59-6 1 . Кон т р оль твердости п роводят твердомером. Тар ированным на пиль· н и ком пр овер я ют обезу глер ожив а н и е резьбы . Н а к атные плашки из стали Х 1 2 Ф 1 из готовл я ют из поковок с п осле­ дующей терми ческой закалкой. После о б р а з ов а ния резьбы плашки подогр евают в п ечи до 8 10 °С , а затем оконча­ тельно подогр евают в хлорба р и евой ванн е до 1050 9С, Для п р еду п р еждения кор облени я их охл а ждают в верт и·

круглых плашек под закалку, мин

-

,

,

.

�' П Р О Ч Н Е Н И Е

Т Е РМИЧЕ С К ИМ И МЕТОДАМ И

55

каль ном положени и в течени е 1 5 мин в растворе селитры, н а гр етом до 450 ° С. Зат ем пла ш к и п ер еносят в ванну 0 с маслом п р и температуре ЬО С. Отпуск плашек п роводят ° в электропечи п р и 450 С в течен и е 3-4 ч. Интер вал времени между закалкой и отпуском н е должен п р евы­ шать 2 ч . Твердость н а к атных плашек после отпуска должна быть Н R C 56-58 . Тер мообработка протяжек. Протяжки изготовляют из быстрореж ущих или легированны х сталей Х В Г , Х 1 2 Н , Х Г и др . Дл я умен ьшения деформации термообр аботк у дли н ных протяжек выполн я ют 3 раза: после п р едвари­ тельной механической обработки, после окончатель ной механической обр аботки и п осле шлифован и я . Термооб­ р аботку после предвар ительной меха н ической обр аботки выпол н я ют в такой последовательности : н агрев до тем­ пературы закалки с предвар ительным подогревом ; охла­ ждение в масле; отпуск при 770-790 ° С; правка. Вместо закал к и с высоким отпуском можно п р оводить отжиг в чу гунной стружке ил и у гле. Термообр аботк а после окончательной механической обработки включает п одо­ грев до 800-850 ° С в вертикальной ш а хтной п ечи или соля ных ваннах ( п р и н а гр еве в шахтных печах для умень­ ш ения обезу глероживания и оки слен и я поверхности про­ тяжки обертывают л истовым асбестом ; п осле на грева в течение 1 5-30 мин и х освобождают от асбеста, р абочую часть посыпают бурой и несколько минут повтор но н а гре­ в ают дл я р асплавления бу р ы , после чего п ер еносят в г. ечь для окончательного н а грева) ; окончательный н агр ев в шах ­ тной электрической печи или в сол я ных ваннах ; охл ажде­ ние в масле в верти кальном положен и и до 300-400 ° С; горячая правка п од пр ессом ; охлаждение н а возду хе в п одвешенном состоя н и и ; дву к р атный отпуск по 1 ч п р и 550-580 ° С; правка; очистка , н ормал изация хво­ стовой части . Термообр аботк а п р отяжек после шл ифован и я заключа­ ется в отпуске в масл я ной ванне п р и 200 -250 ° С дл я сня­ тия внутр е н н и х напр яжен и й , воз н икающих п р и шлифо­ вании. Если корпус п р отяжки сваривается с хвостовиком из стали 40 Х или 50, то твердость хвостови к а должна быть в п ределах Н R C 35-45. Требуемая твердость хво­ стови к а может быть п олучена пр и нормализации или за­ калке, п утем н а грева в сол я ной ванне или на установке

56 У П Р О Ч Н Е Н И Е Т Е РМ И Ч Е С К ИМ И И К Р ИО Г Е Н Н ЫМИ М Е Т ОДАМ И

Т В Ч до 840-850 °С, охлажден и я в масле и отпуска хво­ стовика в сел итр е. П р и термообр аботке протяжек необходимо соблюдать следующие условия : п р и всех операци я х п р отяжки дол­ жны находиться в вертикаль ном положен и и в подвешен­ н ом состо я н и и ; окончатель ный н а гр ев п р отяжек малой дл ины следует п р оводить в сол яной ванне, а длинных в шахтной печи (пр и отсутствии таковых н а гр ев ведут в го­ р изонтальной печи на подставках) ; п р и охлаждении во время закалки подвешенную п р отяжку следует пер емещать вверх и вниз (плоские п р отяжки небольш их сечен и й для уменьшени я дефор маци и охлаждают зажатыми между ох­ лаждаемыми плитами или под п р ессом) ; п р авку после за­ калки и отпуска н еобходимо п р оводить в гор я чем состоя­ н и и ; п р авку после очистки следует п р оводить при подо­ гр еве сварочной гор елкой до температу р ы отпуска . Термообработка калибров-пробок. Чтобы уменьшить возможную деформацию калибров, их подвер гают улуч­ шению после предвар ительной механической обр аботки . После улучшения выпол н я ют повтор ную мех а н ическую обр аботку с п р ипуском на шлифование и доводку . Терми­ ческую обработку калибров- п р обок выпол н я ют в такой последовательност и ; предвар ительный подогрев в тща­ тельно р аСКИСЛеННОЙ СОЛ Я НОЙ ванне ДО 600-650 °С; окончательный н а гр ев в сол я ной ванне до 820-850 °С ; охлаждени е в сол я н о й в а н н е и н а воздухе до 1 50- 1 80 ° С а з атем В масле ДО 20-70 °С ; обр аботка ХОЛОДОМ В Х ОЛ О· дильной установке п р и температуре до -55 °С; п р омывка в 1 О %-ном содовом р аствор е ; отпуск в ш а хтной печи п р и темпер атур е 1 60 - 1 80 °С; мех аническа я обр аботка (пред­ в а р ительная доводка) ; ста р ение п р и тем п е р атур е 1 50 ± + 1 О 0С. Твердость калибров п осле обработки должна быть HRC 56-64. Калибры, из готовленные из стали Y l O , Yl OA, закаливают в воде, а з атем в масле. Пр одолжительность отп уска зависит от квалитета калибров. Пр и высоком квалитете отпуск длится от 20 до 32 ч, а п р и пониженном - от 2 до 3 ч . Термообработка скоб и ш аблонов . Скобы и ш аблоны п р остой формы из готовля ют из малоу глеродистой стал и , а шаблоны и л и лекала сложной формы из высокоу глероди­ стой и л и леги р ованной. Термообр аботку скоб и шабло­ нов из стали 20 пр оводят в такой последовательности� ,

У П Р О Ч Н Е Н И Е Т Е Р М И Ч ЕС К ИМИ М Е Т ОД АМ И

67

цементаци я ; н а грев в сол я ной ванне при темпер атуре 780°С п од закалку ; охл аждение в сол я ной ванне и на возду хе ДО 1 50 - 1 80 °С И В ВОДЯ НОЙ ванне ДО 30-40 °С; обр аботка холодом в холодильной установке п р и темпе­ р ату р е до -20 °С для сохр анен и я р азмеров ; промывка В 10 % - Н ОМ СОДОВОМ р астворе ПрИ 70-90 °С; ОТПУСК п р и 1 60 - 1 80 ° С ; старение в масл я ной электрованне п р и 1 50 + + 1 О 0С после шлифова н ия и предвар ительной доводки. Если шаблоны или скобы из готовлены из стали 20 Х , т о отпуск проводят в масле. Продолжительность отпуска зависит от р азмеров инструмента и гл убины цементации. Шаблоны и лекала сложной фор мы охлаждают с п одогре­ вом в р асплавленной соли или масле, что значительно уменьшает степень деформаци и . Чтобы уменьшить дефор­ м а цию шаблонов и скоб, закаливают только и х р абочие поверхности . Термообработка штамп ов дл я горяч е й штампо в ки . Рекомендуемые р ежимы термообр аботки штампов дл я го­ р я чей штамповки п р иведены в табл . 34 . Охл ажден ие по­ сле отжи га (температу р а н а грева указана в табл . 35) П Р ОВОДЯТ С печью СО СКОр ОСТЬЮ 40-50 °С/ч ДО темпер атуры 350 -400 °С, а затем н а воздухе. При н а гр еве п од закал ку детали шта мпов загружают в печь п р и темпер ату р е до 400 °С. Н а грев до темпер атур ы 650 °С выпол н я ют со ско· р остью ДО 80 °С/ч. П р и темпер атуре 650 °С дают выдержку 2 5 ч для штампов массой до 500 к г и 3-4 ч дл я штампов массой до 1 000 кг и более. Дальнейший н а гр ев до заданной темпер атуры закалки ведут со скоростью 1 00 °С/ч . Штампы с р езкими переходами н а гревают с меньшими скоростями . Выдержка п р и темпер атуре закалки для малых штампов должна быть н е менее 5,5 ч, дл я средни х и крупных 89 ч. Для сокр ащени я времени з акалки штампов п р име­ н я ют изотермическую закалку. Перед установкой в печь боковые повер хности штампа с обработанными ручьями обмазывают о гнеупор ной гл"и­ ной с асбестом, а зер кало штампа и фи гуру засыпают отр аботанным карбюр изатором или п рокаленной чу гунной стружкой, а затем осмазывают глиной и асбестом. Малые штампы укладывают фи гурой вниз на поддон со слоем отр аботанного карбюр изатор а толщиной 35-40 мм. Время выдержки на каждые 25 мм н аименьшей толщины штампа определ я ют из такого р а счета � пр и н агр еве в га800

,

58 У П РОЧ Н Е Н И Е Т Е Р МИ Ч ЕС I< ИМ И И I< Р ИОГЕ Н Н Ы МИ М Е Т ОД АМИ 34. Режимы термообработки штампов 3 а к a J! k. a

Ст аль

У7

7Х3 8Х3

4ХС 6ХС

5Х Н В 5Х Н Т

5ХНС

5Х В Г 5Х ГМ

5Х НМ 5 Х ГС

Т емпе р а тур а н а rр е в а , 0С

800-830 830-860 820-850 890-920 Св . 840 до 860 Св. 860 до 880 830-860 830-860 830-860 830-850 830-850

840-880 840-880 4Х5В2ФС 4Х 5В4ФСН 3Х 2 В 8Ф 4Х3В2ФМ2

3oxrc

1060- 1 080 1060- 1 070 1 1 20- 1 ! 40 1 1 20-1 1 40 1 090- 1 1 1 0 1 090- 1 1 1 0 890-920

Твер -

С р еда

по с.л е за к ал -

Те мпе р а тур а н а гр ева, 0 С

62-64 59--61 60-62 52-54 58-60

370-400 480-520 480-520 240-270 240-270

до с ть

охл а -

жден и я

ки

Вода Масло }) ))

Вода Масло » ))

»

»

))

))

Масло » »

))

»

»

»

»

56-58 56- 58

»

52-54 54-56 54-56

))

»

))

)) »

1

H R. C

43-45

)) »

1

58-60 350-450 402-430

56-58 56-58 56-58 56-58 56-58 56-58 56-58 56-58 56-58 54-58 56-58 56-58

Воздух

нв

37-40 39-45 4 1 -45 5 1 -52 5 1 -52

53-58 55-59

Масло

Т вердос ть

п о сле отп у ск а

364-430 387-430 495-5 1 2 295-5 1 2

54-58 54-58 54-58 53-58 53-58

»

Вода, масло

rоря чей штамповки Отп ус к

830-850 850-870 840-860 840-860 830-870 830-870 830-870 830-870 830-870 830-870 830-870 830-860 840-880 840-880

дпя

54-56 54-56 46-52

520-540 530-550 560-580 475-485 Св . 485 до 5 1 0 520-540 500-520 5 1 0-530 520-540 240-270 420-450 500-550 575-625 550-575 · 575--600 600-625 625-650 650-675 520-540 550-580 Св. 580 до 6 1 0 600-620 Св. 620 до 650 570-600 600-620 600-6 1 0 640-650 6 1 0-620 650-660 520-660

340-375

387-430 364-402 3 2 1 -364 387-430 364-402

4 1 -45

39-4 3

35-39 4 1 -45 39-43

32 1 -364 387-430 364-402 32 1 -364 495-5 1 2 4 30-460 306-34 1 269 -306 388-451 34 1 -388 32 1 -368 306-34 1 269-306 387-430 388-45 1 34 1 -368

35-39

32 1 -368 269-306

35-39 28-33

-

-

-

-

-

277-3 1 0

4 1 -45

39-4 3

3 5--39 5 1 -52 45-48

33-37

28-33 4 1 -47 37-4 1 3 5-39 33-37 28-33 4 1 -45 4 1 -47 37-4 1

45-50 45-50 50 55

50 45 29-34

У П Р О Ч Н Е НИЕ

Т Е Р МИ Ч ЕС!(ИМИ

Ll р

З а к а л к 11 Сталь

ам ГJ е р Те р ту а н а -

rрева, 0С

35 Х ГСА

5Х Н С В

3 Х 2В8 4 Х В 2С 5 Х В 2С 6Х В2С 5Х Н 2 В Ф

T uep -

В од а ,

850-870

! 050- 1 1 00

870-900 870-900 8 7 0 -90 0 870-900

850-875 850-875 8 3 0 -8 7 0 830-870

830-870 8 3 0-87 0 830-870 830-8 7 0

дос ть

ПOCJJ e 3 8 1< ЗJI · ки

жден и я

ма сло Масло )) )) )) )) )) )) ))

д

о л ж е н

е

и

б л . 34

т а

Отп уск

Ср еда О Х Л-З •

870-900 8 5 0 - 87 0 8 5 0 - 87 0

о

59

МЕ ТОДАМИ

Темпер атур а н а грева,

"С

Твердость п ос ле от

пу с к а

\

нв

HRC

48-56 600-660 277-3 1 0

29-3 1

55-59 520-540 3 8 7-430 5 5-59 530-550 364-402 55-59 550-570 3 2 1 -364 1 49- 52 600-620 40 2-4 7 5 52-56 240-270 51 2-540

4 1 -45 39-43 1 5-39 4 2-48 53-55 46-48 53-55

52-56 420-450 430-460 54-57

»

58-60

)) )) )) ))

58-60 5 8- 60

58-60 58-60

В оздух »

58-60 58-60

})

24 0- 27 0 42 0 -45 0 240-270 420-450 500-525 525-550 5 5 0 - 57 5 500 - 55 0 525-55 0 550-575

5 1 2-540

430-460

46-48

5 1 2-540

53-55 46-48

430-460 388-45 1

34 1 -388 3 2 1 -368 306-34 1

34 1 -3 88 32 1 -3 68

4 1 -47 37-4 1 35-39 33-37 37-41 35-39

35 . Температур а от ж и га з а го то в ок штам по в дл я горяч е й штам повки

Сталь

7Х3 8Х3 4Х С 5ХНТ 5Х Н С 5Х Н В 6 Х В 2С

5Х НСВ

Темп ер ату р а н аг р е в а , 0 С

780-800 780-900 820-840 760-790 790-8 ! 0

760-790 780-800 Св . 790 до 8 2 0

T�"OCTh нв

1 8 7 - 2 29 207-255 1 9 7 - 22 8

1 92-235 207-255 1 9 7-24 1

1 80-2 1 7 2�7-2 55

!

Сталь

5Х В2С 5ХВГ бХС

30ХГС 35Х ГС

3Х2В8 4 Х В 2С 4Х8В2

Те мпер атур а н аг р е u а , 0 С

Тве рдость нв

80 0-8 20

207-255

760-790 82 0 -84 0 C [J . 840 ДО 880

840-870 820-840

800-820 Св. 820 ДО 830

1 97-24 1 1 97-24 1 1 87-2 28

1 97-228

207-255 1 97-2 1 7 2 0 7-2 55

60 УП Р О Ч Н Е Н И Е Т Е РМ И Ч ЕСК ИМ И И К Р ИО Г Е Н Н Ы М И М Е ТОДАМИ

аовой печи малолеги р ованной стали 35-40 мин, стали 3 Х 2 В8, 4 Х 8В2, 7 Х3 и 8 Х 3 40-50 мин ; п р и н а греве в элек­ тр и ческой печи 50-60 мин. Перед закалкой штампы тщатель но очищают от остат­ ков карбюр изатора, обмазки и окалины. П р и закалке штампов в масле н е следует доп у скать их п олного ох­ л аждения до нормальной темпер атуры. Кр у п ные штампы охлаждают в масле до 1 00- 1 50 °С и н емедленно поме­ щают в печь для отпуска. Задержка в выполнении от­ пуска может п р ивести к трещи нообразованию. Продол­ жительность отпуска п осле закалки штампов о п р едел я ют из р асчета на каждые 25 мин наи меньшей толщины шта­ м п а : дл я доэвтектоидных стал ей (40С, 30 Х ГС, 35Х ГС, 4 Х В2С и др . ) 40-45 мин, дл я заэвтектоидных сталей 50-60 мин. Скор ость н а грева устанавл и вают не более 50 °С/ч. После п роведени я общего отпуска штампов хво­ ст о в и к и п одвергают доп олнительному отпуску для сни­ жен и я их твердости . Х востовики штампов из стали 5 Х Н Т отп ускают п р и 700-720 °С, н а грев ведут н а специ альных п л итах или в специальны х печ а х . После н а грева и вы­ держки п р и у казанной температур е штампы охл аждают с печью до 350-500 °С. Последующее охлаждение ведут на воздухе. Для увел и чени я эксплуатационной стойкости штампо­ вого и н стру мента н ар яду с обычной з акалкой н а заданную твердость р абочая поверхность и н струмента п одвер га­ ется доп ол н ительной закалке с н а гр евом ВТЧ . Пр и за­ калке ТВЧ скорость н а грева 20- 1 50 °С/с, темпер ату р а выше обычной технологической н а 1 00-1 50 °С, твердость п овер х ности п овышается на 5-8 единиц. Микростру ктур а п оверхности - мелкои гольчатый мартенсит, что обеспе­ чивает высокие механические свойства и повышенные эксплу атационные к ачества и нструмента. В п роцессе вы­ сокочастотно й закалки на п овер хности инструмента форми­ р у ются внутренние сжимающие напр яжен и я , совпадающие по н а п р авлени ю с н а п р яжени я м и , возникающи м и п р и штамповке и обеспечивающими высокую п р очность и н­ стру мента. Н а п р яжен и я , формируемые н а гр анице за­ калки ТВ Ч и объем ной закалки, р астя гивающие, что обеспечивает у п р у гую деформацию и нстр умента п р и штам­ повке. Доп олн ительную п овер хностную закалку Т В Ч п р и ме н я ют для р азл ичного инстру ме нта-пуансонов,

У П Р О Ч Н Е Н И Е Т Е РМ И Ч Е С К ИМИ М Е ТОД АМИ

61

вставок, п р ижимов, изготовленных из специальных штам­ повых сталей: 4 Х 5МФС, 40 ХСМФ, 4 Х 2МГФ - для гор я чей штамповки и Ш Х 1 5, Х 1 2 - для холодного дефор мирован и я . Стойкость шта м пов для объемной штамповки крупно­ габар итных издели й из титановых сплавов и высокопроч­ ных сталей может быть увел и чена п р и использова нии спо­ соба упрочнен и я , п р иведенного в а . с . 926042 (СССР) . Пр едварительно н а р абочей повер хности штамп а вы­ полняют компенсационные уклоны. Циклическое н а груже­ н ие осуществляют п р и и нтенсивности н а п р яжен и й 1 50250 МПа длительн остью 5- 1 5 с . Между циклами н а гру­ жен и я проводят корректи рование гр авюры штампа . Ци клическое н а гру жение ( 1 2- 1 5 циклов) до к ор ре к ти­ р ования гравюры штам п а п р оизводят при 450-500 ° С. После кор р ектир ован и я гр авюры штампа пр оизводят н а гружение в п роцессе эксплу атаци и штамп а п р и 350 -450 ° С. Пр едварительное н а гружени е штамп а п р оводят спе­ циально изготовленной заготовкой, плотно п р илегающей к р абочей повер хности штампа и н агретой до 700-800 °С. Для отвода тепла от штам п а в п роцессе его эксплу­ атации (с целью поддержа н и я темпер ату р ы штам п а в пре­ дел ах 350-450 ° С) опорные повер хности шта м п а и опор­ ной плиты профилируют, увеличивая площадь контакта, а н а повер хность р аздела кладут тон к и й пластичный лист металл а с хорошей теплопроводностью, напр имер , тонки й л и ст технической меди . Циклическое н а гружение штамп а осуществляют при 450-500 ° С. Этот ди а пазон темпер атур выбир ают из тех сообр ажени й, что п р и тем­ пер ату р ах ниже 450 ° С штам п п р и и нтенси вности напря­ жени й a i � 600 МПа н аходится в у п р у гом состоя н и и и не п р оисходит его упрочнение. При темпер атурах выше 500 ° С и п р и at � 250 МПа н аблюдается я влен ие кр атко­ временной ползучести, в р езультате которой уровень накопленных в процессе тренировки штамп а остаточных н апр яжени й снижается и не п роисходит упрочнения штампа (при р абочих н а гружени я х штамп находится в уп­ р у гопластическом состоян и и ) . За готовку для штампа, имеющую конфи гур ацию гото­ вого издел и я , но с компенсационным уклонами, изготов­ ляют из жаропрочных сплавов , например , из ЖС6- К

62

У П РО Ч Н Е Н И Е

Т Е Р М И Ч Е С К ИМ И

И

К Р И О Г Е НН Ы МИ М Е Т ОД АМИ

ил и Х Н7 7ТЮР . В тех случаях , когда не удается сделать sаготовку мо н о лит ной , ее и sгот ов ля ют из с ост авных частей . Температур а заготовки должна быть не менее 700800 °С, поскольку п р и п одстывании штампа с по в ерхности и тер мосопротивлени и на поверхности контакта п р и цик­ л ическом н а гр ужени и темпер атура р абочей повер хности штампа не превышает 500 °С. З атем размеры гравюры корректируют согласно п олу­ чен ной р асчетной конф и гур а ции. Пр и этом п роисходит перераспределение остаточных н апряжений на р абочей повер х ности вследствие снятия ч асти металла. Поэтому после пер вого нагружен ия штампа проводят второе. После каждой штамновки п р оверяют п рофиль гр авюры и ко н фигурацию получаемого издел ия. В случае н еоб­ ходимости пр оводят вторую кор ректировку гра вюры штам­ п а после 5-10 шт а м п ов о к . В месте с гр авюр ой штампа обр абатывают его опорную повер хность , делают ее вол н и стой таким обр азом, чтобы в п р·оекции на плоскость р азреза п олучал ась синусоидаль­ ная кривая . Таким же обр азом обр абатывают и сопр я ­ гаемую поверхность н а опорной пл ите. На повер хность р а здел а кл адут тонкий лист технической меди или алю­ мини я. Через такую повер х ность п ри р аботе штам п а в про­ цес-се штамповки тепло легче отводится от штампа. Предлагаемы й способ упрочнен и я штампов в ыгоден п ри проиsводстве кру пногабар итных штамповок типа лон­ жеро н ов, дисков и т. д. , где нецелесообр азны и ные спо­ собы у прочнения. Для увел и чен ия стойкости р абочи х элементов выруб­ ных штампов из сталей У8 и Y I ОА первую закалку п р о­ водят п р и температуре н агрева 1 200 + 1 0 °С в м асле. Для предотвр ащения роста аустенита нагрев до темпера­ туры закалки проводят в р асплаве соли хлор и стого бария в сол я н ой ваrше. После з а к алки отnуек п р и 450 ° С. Вторую з а к алку выполняют ПО' обычному для углероди­ стых сталей режиму : закалка от темпер атур 800-820 ° С, ватем н и зкий отпуск при 1 80-200 °С. Твердость р абочей повер хности вырубного штампа rюсле двойной з а калки Н R C 57-59. Структу р а стали пос-ле- двойной закалки с промежуточным отпуском представл я ет собой мелко­ и г ол ьчатый отпущенный мартенсит. Двойная закалка с пр омежуточн ым отпу с ком увел ичив ает стойкость вы-

Т Е РМИ Ч ЕСКИМИ МЕ ТОДАМИ

У ПР О Ч Н Е Н И Е

газ ов .на сталь

36 . В л и я н и е

В л ияие

63

Га з

иа сталь

Х и мическая фор мул а

02 СО 2 Н 2О

Окисляющее

Кислород )'глекислый г аз Водяной пар

Восстанавливающее

Окись углерода Водород Метан

Н2 СН 4

Обезуглерожива ющее

Углекислый газ Водяной пар

СО2 Н2О

Н ауглерожив ающее

О кись углер ода Метан

СН4

Азотирующее

Аммиа к

Нейтр альное

Азот Ар гон Гелий

со

со

NH3 N2

Ar

Не

р у б н ы х штампов по сравнению со штампами, обр а бот ан ными по общепр и нятому р еж » м у . Термообработка в кон тр ол и руемой атмосфере . Пр и н а гр еве металла в контр ол и р у емой атмосф ере исключа­ ются е г о окислени е я обезу глероживание. п оя в л я ется возможность назначить м�ньшие припуски на ыоследу ю­ щую механическую обр аботку ; исключаются операции очистки пов�рхю:>сти после тер мообр аботки вследств и е устр анения окислен и я , дости гается экономи я металл а до 3 % массы п а р т и и за готовок, п ом ещ а емо й в пе чь; по­ ·выш аются механ ические свойства и усталостна я п рочность металла, так как и сключается обеэу глер оживание повер х­ ностного сл оя ; сох р а н я ется фор м а повер х н остей деталей (особенно лезв и.й ного инстру мента и тон ких деталей пр испособлен ий), снижается трудоемкость из.готовления деталей ; улучшаются услов и я тр уда в термически х отде­ ления х. В табл . 36 пр иведен р яд оки.сл я ющих и в о с ст ана13ливающих газов. Из этих газов можно состав ить нейтр аль· ­

6 4 У П Р О Ч Н Е Н И Е Т Е РМ ИЧ Е С К ИМ И И К Р ИО Г Е Н Н Ы М И М Е Т О Д АМ И 37 . Температура восплам енения газовых компонентов Газ

П р едел ь н о доп устимое содерж ан ие в смеси возду х-га з , %

Темп ер ату р а вос п л а м ен е н и я , 0 С

5,00- 1 5,00

650-705

2, 37-9 , 50

518

Метан Пропан Окись углерода Водор од

1 2 , 50-74,20

643-658

4,00-74 , 20

580-590

38. Классификация и назначение контролируем ы х атмосфер Сост а в , % п о объ е му Кон т р о л и р у ем а я а т м ос ф е р а

К л асс А В акуум Кл а сс В Газы в баллонах: аргон (99 , 898 % ) гели й (99,99 % ) Водород: тор говый чистый Азот: тор говый чистый

В одород

-

0,00 1 0,0 1 99, 8 100 -

1 -3

1 1 А з от

Кис лород

-

-

Точ к а р ос ы , ос

Н а э н ачен и е

-

Отжиг углеродистых и леги р ованных сталей

-50

0, 1

0,001

-

-

- 50

0,2 -

-

-30 -50

Отжиг, отпуск и нагрев под за к алку углеродистых и легированн ых сталей

-30 -50

То же То же

-

99 , 8 0 , 2 99-97 -

н ые газовые смеси иди смеси из газов , вз а имодействующих между собой . В посл едн е м случае газы н ейтр ализуют дру г дру га при опр едел е н ных те м п е р ату р ах и составе стал и , повер х ность которой необхо д и м о защитить от окислени я и обезу гл ер ожи в а н и я . Атмосфера печи с таки м и газами будет н ейтр аль н а к пов ер х н о сти н агрева ем ого

УПРОЧ Н Е Н И Е

Т Е РМ И Ч Е С l\ И М 11

l\'\Е Т О Д А М И

65

39. Температура точк и р осы для различно1·0 содерж ан и я Н20 в

газа х

Т е м п еар ат у р

С одер ж ан и е

рос ы, 0С

п о об ъ е м у

-8

0, 306

-6

0, 364

f!'ОЧ К Н

-5

влаги,

%

Темп е �

р атур а

то ч к и росы, 0 С

2

о

Темпер атур а

С одер ж а н и е вл а ги , % по объему

точ к и р ос ы, 0 С

Соде р ж а н и е вл а г и , о/о п о объем у

0,512

10

1 , 220

0, 605

14

1 ,60

4

0,810

15

1 ,71

4

0,432

5

0,868

16

1 ,82

-3

0,471

6

0,930

17

1 ,95

0,51 2

7

0,998

18

2,08

0,397

8

1 ,070

19

2, 22

4

0,432

9

1 , 1 40

20

2,36

3

0,471

-

-2

5

0,397

1

инстру мента. Свойства контрол и р уемых атмосфер и обл асть и х п р именен и я п р иведены в табл . 37, 38. Регулирование состава контр ол и руемой атмосферы мо­ жет осуществляться по точке р осы . В табл . 39 даны све­ ден и я о темпер атуре точки р осы для р азл ичного содержа­ ния Н20 в газ ах. Пр и оценке фактор ов, вл и я ющи х н а эффективность теплообмена луч е испусканием, следует уч итывать, что п р и н а греве в контр ол и руемой атмосфере сталь со светлой повер хностью воспринимает почти в 2 р аз а меньше лу­ чистой энер гии , чем сталь с окисленной повер хностью, поэтому п р и прочих р авных услови я х детал и н а гр ев аются дольше, чем в печах с окисленной атмосферой. П равка после термообработки . Деформированные Де­ тали после терм ической обработки подвер гают п р авке одн им из следу ющих способов : в гор я чем состоянии перед охлажден ием п р и закалке; в штампах и з ажимны х п р и­ способлениях в процессе закалки и отпуска; со специаль­ ным подогревом в и нтер вале темпер атур отпуска стали (для з акаленных и отпущенных деталей в холодном состо­ янии - то же) . ·

3

П олев ой С . Н . и

др .

66 У П Р О Ч Н Е Н И Е Т Е РМ И Ч ЕСК ИМ И

И

К Р ИОГ Е Н Н Ы М И М Е Т О Д А М И

40. До п ус к и н а би ение концевого инструмента после термообрабо т ки, мм

Дл и н а и н с т р у м ен т а

До

1 20

Св. 1 20 » 2 60 »

450

до »

260 450

Дл и н а и н струмента

Р абочая часть 0 , 08 0, 1 0 0, 1 2 О,15

1 20

))

260 450

Св. 1 20 ))

до »

260 450

1

св. за

Р абоч ая ч :з с ть

До

1

до

0, 1 5 0, 1 8 0 , 20 0 , 23

Д и а метр 10

св.

и н ст р у м е н т а

Х восто · вик

Р абоч а >1

0,10 0,12 0, 1 5 0, 1 8

0, 1 0 0, 1 2 0, 1 5

до

1 Хвоста-

IU до

ч асть

18

вин

0, 1 2

0, 1 5 0, 1 8 0 , 20

O,lC

Ди а метр

СВ.

Рабочая чнсть о, 1 2

св.

Х воставик

Р абоч ая ч асть

0,18 0 , 20 0 , 23 0 , 25

0, 1 8 0 , 20 0 , 23 0 , 25

1

5 U до

30

х ВОСТО• вик

0, 1 5

0, 1 8 0, 20

0 , 23

1

св.

80

ДО

0, 1 8 0 , 20

О, 1 8

�шструмента

ы1

1

18

Х воста -

вин

Р абоч а я часть

0,20 0,23 0 , 25 0 , 28

0,20 0 , 23 0 , 25 0 , 28

80 Х воста·

ни к

0 , 25 0 , 27

0 , 28 0 , 30

Правку в горячем состоян ии пр оводят в процессе сту­ пенчатой закалки после достижени я темпер атуры начала мартенситного п р евр ащения (200-:--3 50 °С) . Этот вид п р а вки примен я ют для сталей с малой критической скоростью закалки. Деталь, в том числ е инструмент, помещают на двух опор ах выпуклой частью ввер х и нагружают до устр анен и я деформаци и . П р и этом учитывают упру гие деформации посл е снятия н а грузки . Пр авку проводят в два-три пр иема и пр екр ащают по достижени и темпе­ р ату р ы 60-40 ° С. Биение осевых деталей после п р авки провер я ют в центрах и нди катор ом, а плоски х издел и й н а пл ите щупом. Допу�ки н а биение концевого и нстру мента (кроме метчи ков и сверл) после тер мической обработк и п р и­ ведены в табл . 40. Правку в штал тах или заО1Симных пр и­ способлен иях проводят путем совмещени я опер аци й за­ калк и и п р авки или отпуска и п р а вки . Деталь, на гр етую до т емп ер ату ры закалки или час­ тично охлажденную, зажимают в штампе и в зажатом со­ стоя н и и охлаждают со скор остью, необходимой дл я за-

У П РО Ч Н Е Н И Е Т Е Р МИ Ч ЕСКИМИ М Е ТОДАМИ

67

калки стали данной марки , а затем (также в штампе) подвер гают отпуску. Дл и нные протяжки, удл иненные сверл а, хвостовой комбинированны й и др угой удли ненный осевой инстру­ мент подвер гают правке с подогревом . Инструмент можно п одогревать частично или полностью в ваннах или печах л ибо с использованием установок ТВЧ. При местном по­ догреве н а гревают зону н аибольшего прогиба. Темпера­ тур а подогрева не должна быть выше темпер атуры отпу­ ска. Динамическую н а грузку п р и пр авке прилагают в месте, противопол ожн ом обл асти максимальной дефор· маци и . Среднюю статическую н а гр узку прилагают н е­ посредственно в месте максимальной деформации в те­ чение длительного времени . Правку в хол одном состоян ии проводят в тех случаях, когда деформация н езначительна. Инструменты мелкого и среднего р азмер а (сверла, р азвертки) пр авят н а зака­ ленных стальных плитах слабыми ударами м я гкого мо­ лотка по месту максимальной деформаци и . У составного свар ного инструмента большой длины под п рессом п р авят незакаленные ч асти . Цельный инструмент большой дл ины правят сильными удар ами острозаточенного р и хтоваль­ ного молотка массой 1 -3 кг. Удары наносят п од углом 50-60 °С по н а п р авлению к оси и нстру мента непосред­ ственно ил и через специальные ножи по деформированной части. Ко нтрол ь качества термообработки . Для определен ия качества термообр аботки п р имен я ют р азл ичные методы нер азрушающего контрол я с использов анием просвечи­ вани я деталей, измерен и я и нтенсивности р аспростр анения в испытуемом объекте механи чески х колеба н и й , определе­ н ия электр и ческих и м а гн итных свойств , а также методы, основанные на использов а н и и физи ко-мех ани чески х свойств жидкостей , газов и т. д. Те пл ово й к онтроль тер ми ч,еск их опер а ци й проводят при помощи контрольно- измер ительных, регулирую­ щих и регистр ирующи х п р иборов, в которых в качестве датчиков измерения темпер ату ры использованы термо­ метры и термопары . Термометр ы могут быть ртутные, манометр ические и сопротивлен ия . Ртутными термомет­ р ами измер я ют температу.r, у жидкой и газообр азной среды +soo С. Манометри ческие термометры в пределах -50 . "

3*

68

У П РО Ч Н Е Н И Е

Т Е РМ И Ч Е С К И М И

И

К Р ИО Г Е Н Н Ы М И

М Е Т О Д АМ И

п римен я ют дл я измерен и я темпер атур в п р еделах - 40 . " +500 ° С и дл я автоматического регул ирования тем п ер а­ тур . Термометры сопротивле н и я (термоп а ры) п р имен я ют + 1 300 ° С. Так и е тер­ для измерения темпер атур - 1 20 мометры бывают дву х видов : показывающие и самопишу­ щие. Контроль твердости термообработанных поверх­ ностей. При контроле твердости технологической осна· стки по методу Роквелла определя ют глубину прони кно· вения в металл алмазного или стального н а конечн ика. Ее выражают в условных еди ницах, называ емых числом твердости по Роквеллу . Угловое перемещени е стр ел к и н а одно делени е шкалы пр ибор а (един и ца твердости) соответству ет 2 . 1 0-в мм глубины вдавливан и я . Н ал ичие окал и ны, грубых р исок и дру гих дефектов искажает ре­ зультаты измер ен и й . Для п р иближенного определения твердости пользу ются тар и р ованными напильни ками плоской, квадр атной ил и треугольной фор мы, предвар ительно тер мически обр а­ ботанными на р азл ичную твердость н асечки с и нтер валом 3-5 единиц по Роквеллу. Тарирование н а п ильников про ­ водят по специальным эталонным пл итам, твердост ь кото­ рых точно определена прибором. Твердость н асеч к и на­ п иль н ика обозначают н а его нер абочей части (напр имер, HRC 56, HRC 60 и т. п . ) . При контроле твердости детал и подбир ают такую пару н а п ильников с м и нимальным интервалом по твердости, чтобы напиль н и к с меньшей твердостью скользил по повер я емой поверхности, а н а ­ пильник с большей твердостью слегка ее цар а п ал . Следо· вательно, твердость исследу емой повер хности будет н а· ходиться в п р едела х твердости напильников. Контроль сплошности ме талл а с полющ ь ю де фек т о скопа. Исследу емую деталь намагничивают н а специаль·

·

ных установках - м а гнитных дефектоскоп ах. Поверх­ ность ее смачивают суспензией, состоящей из 0 , 5 к г по· р ошка окиси железа и 1 л трансформатор ного м асла. В местах несплошности металл а осаждаются частицы окиси железа , в результате чего р ельефно выдел я ется дефект. После контр ол я деталь р азмагничивают в сол ен оиде. П и л юм ин сцен тн ом е р

е

о е

к он т

о

.м т д р ля вер хностн ых дефектов не:rt а гн uтных лt ет аллов элементы поконтр о.1ш р уе­

мой детали погр у жают в специ аJ1ьную жидкость, содер�

У П Р О Ч Н Е Н И Е Т Е РМ И Ч ЕС К И М И М Е ТОД АМИ

69

жащую флюороль - вещество, которое светится под дей­ ствиеы ультр афиолетовых лучей. З атем деталь п ромы­ в ают водой, п р и этом жидкость удаля ется только с глад­ кой п овер хности, а в дефектных местах она остается . По­ сле этого на поверхность н асып ают мелк и й порошок, обы­ чно сел и к а гел ь . Порошок в питывает жидкость из поло­ стей и остается по к р а я м дефекта п р и последующей об­ дувке повер хности . Если такую деталь осветить в темном п омещении ультрафиолетовыми лучами, места дефектов будут светиться сине- голубым светом . Для контр ол я дефектов п р имен я ют та кже мет од им пуль сн ой ультр азвуковой дефектоскопии. Прин цип дей­ ств и я ультр азву ковых импульсных дефектоскопов состоит в том , что ультразвуковая вол н а , р аспростр аняющаяся в исследуемом матер и але, при встрече с дефектом, служа­ щим гр аницей р аздела дву х сред, напр имер воздушная полость в стал и , отр ажается от этой гр а н и цы . Отр аженные волны п р и нимают, усил ивают и подают н а инди к атор . Импульсные дефектоскопы могут р аботать с одной сто­ роны. По н а п р авленности ультразву ковых волн можно определ ить месторасположение и очертан ие дефектов . Для точной отметки глубины залегания дефекта в дефекто­ скоп ах п р именяют глуби номеры . Глубиномеры также служат измер ител я ми толщины издел и й п ри доступе к и х повер хности только с одной сторон ы . Способ ы аб р азивно й обработки поверхности металла после термообработки . О бра ботка металлическим песко.м . П р и очи стке металл ическ им песком следу ет учитывать в озможность изменени я первона ч альных свойств стали вследствие внедрения или осажден ия металл ически х ч а­ с тиц н а ее повер хности, увели чени я шероховатости обр а­ баты в аемой поверхности н а одно- два з н ачен и я пар аметра Ra. Дл я обр аботки пр имен я ют чу гунный песок с острыми гр анями, получаемый н а специальной установке р аз­ брызгиванием и по сл едующи м р азмолом и п р осеиван ием, и меющий твердость HR C 5 1 -56 , среднюю плотность 4 , 0-4, 5 к г/ см3 при максимальной плотности 6 , 9 кг/см3 • Песок сортируется н а фр а к ц ии н а вибр ационных сита х . А бразивная обработка. Регенери рованные а б р азив н ые зер н а получают из перемолотых отходов и использован­ ных абразивных кру гов эле кт роко р унд а с пр едельными р азмер ам и зерен основной фр акции 630-500 мкм (зер·

4 1 . П оследовательность выполнения процесса абраз11вноА ультразвуковой обработки Обрабатывае м ы й объект

О перация

Среда и реж и м

Детали сложной формы от продуктов корроз и и и других дефектов перед н а­ гальванических несением по кры тий

Тр авление

Сер н а я кислота - 0 , 1 г/л во­ соляная кислота ды, 0 , 05 г/л воды , контакт Петро­ ва - 30 г/л воды , 60 °С, вы­ держка 2 мин

Детали из коррозионно­ стойкой стали - после тер­ мической обр аботки

Промывка Обезжир ивание Предвар ительное травление

Проточная вода Бензин Азотн а я кислота - 8- 10 % , фтор истый н атрий - 45 г/л во­ ды, выдержка 20 мин Проточн ая вода 3 %, 50-60 °С, вы­ Сода держка 3 мин

Промывк а Ультр азвуковая очистка Детали из констр укцион­ ной стал и - от тер м и ч е­ ской окал и н ы перед гаю,­ ванопокр ытием

Тр авление

Сер ная кислота - О , 1 г/л во­ соляная кислота ды , 0 , 05 г/л воды , соль - 5 г/л контакт Петрова воды 30 г л воды , 60 °С, выдержка 0 , 5-5 мин Проточная nода

/

П р омы в к а

П р и меч а н и е

Травление проводят одно­ временно с обезжириванием и удален ием дефектов; ме­ жду временем п р оведения опер аций не должно быть перерыва

Травление можно проводить без ультр азвука, но с после­ дующим сн ятием шлама в во­ де с помощью ультр азвука

У ПРО Ч Н Е НИ Е Т ЕРМИ Ч ЕС КИМИ М Е ТОДАМИ

71

нистость 50) . П р и обр аботке абр азивными зернами фнз и­ ческие свойства повер хности деталей почти не изменя ются, т. е. не нарушаются магнитные, корр озионные и другие свойства и не измен я ется геометри я детали . Обр аботанные д�тали имеют темно-серый цвет. Обработку проводят в обычных аппаратах эжекционного типа. Г и дро-абразивная обработка. Преимущество гидро· абр азивной обр аботки заключается в отсутствии пылевы­ деления . Недостатками ее является необходимость п р и· менения специальных герметизиров анных аппар атов и допол н ительных операций по кор розионной защите де· тале й. В качестве абр азивного матер и ал а п р и гидра абразив­ ной обработке от п р и га р а и корр озии п р и мен я ют песок зер н истостью 1 60 - 1 00, т. е. с р азмер ами зерен основной фр акции 2000 - 1 000 мкм в просея нном и просу шенном виде. Такой песок смеши в ают с водой в отн ошени и : 30 % воды и 7 0 % песка. Для предохр анения деталей от кор р озии в смесь добавл я ют 0 , 8- 1 , 0 % кальцинированной соды или 0 , 5-1 ,0 % н итр ита натр и я . После очистки де· тали промывают и подвер гают дополнительной а нтикор· р озионной обработке. Пр и гидро аб р азивной обработке от окалины п р и· меня ют ква р цевый песок зер н истостью 50-80, т. е. с р аз· мером зерен 500-800 мкм. Струя направляется под дав­ лен и ем (3, 9-5, 9) 1 05 Па. Расстоя ние от р аспыл ителя до обр абатыв аемой детали следует изменять от 80 до 1 50 мм. Оптимальный у гол наклона сопла 45 ° Ультразвуковая абразивная обработка. Для ультр а· звуковой обр аботки используют колебания с частотой более 1 6 кГц, обр азуемые с помощью ультр азву кового генер атор а. П р и таких колеб ан и я х в жидкости возни кают поочередно зоны сжатия и р астяжени я . В момент р астя· жен и я происходят местные р азрывы жидкости и обр азу­ ются пузырьки (полости) , которые заполняются парами жидкости и р астворенными в ней воздухом и дру гими га­ зами . В момент сж атия пузырьки сминаются , что сопр о­ вождается сильными гидр авлическими ударами. Эти удары очищают повер хность от з а грязнен и й и др у ги х де­ фектов . Последовательность выполнения опер а ци й ультр а· зву ковой обр аботки пр иведена в табл . 4 1 . ·

72 У П Р ОЧ Н Е Н И 12 Т Е Р М И Ч ЕС !(ИМ И И !( Р ИО Г Е Н Н Ы М И М Е Т О Д А МИ У П РО Ч Н ЕН И Е

КР ИО Г Е Н Н Ы МИ

М ЕТОДАМИ

В ли я н ие криогенной обработки н а структурные превра­ сталей и из м енение и х физико - механических с во й ств . ения щ В структуре зака ленной стали имеется некоторое коли ­ чество ср авнительно мя гкого остаточного аустенита, что обусловлено ее хими ческим составом и режимом тер­ мообработк и . В результате этого пон ижаются твердость и п р очность, ухудшаются теплопроводность и магнитные свойства, изменя ются р азмеры, ухудшается качество по­ вер х ности издел и я . Отпуск закаленной стали с целью ликвидаци и или уменьшени я кол ичеств а остаточного ау­ стенита в большинстве случаев неэффекти вен. Дл я это го наиболее р ационально использовать кр и огенный метод (глубокое охлажден ие) . В процессе криогенной обр аботки обеспечивается улуч­ шение механически х свойств инструментов, в том ч исле инструментов из быстрорежущих сталей (повышение и х износостойкости и р ежущих свойств) , повышени е т п ердо­ сти и износостойкости контр ольно- измер ительных ин­ струментов, штампов и пресс- форм, изготовляемы х и з высоко у глеродистых и легированных констр у к ци он ных сталей, увеличение твердости коррозионно- стой ки х ста­ лей с повышенным содержани ем у глерода, улучшен и е ка­ ч ества повер хностей, подвер гаемых полированию или доводке, так как н аличие мя гки х аустенитных участков препятствует получению однородной зер кальной по вер х­ ности . Пр и оценке целесооб р аз ности назначения криоген ной обработки стали необходимо у читывать такие особенно­ сти : повторное охлажден и е закаленной стал и н е улу чшает ее свойств, если при этом не дости гаются темпе р а т у р ы более низкие, чем при закалке; продолжительность в ы­ держки п р и низкой темпер ату р е не оказыв ает влия н и я на р езультаты обр аботки ; н аибольшие стр у ктур ные из ме­ н е н и я под вли я н ием криогенных темпер ату р происх одят в стал я х с повышенным содержан ием остаточного аустен ита (высокоу глер оди стые и легир ованные стал и , причем в ле­ ги рованны х стал я х больше остаточного аустенита , ч ем в у глеродистых ) ; з а кономер ности измен ения р аз м ер ов детал и в р е з ультате аустен итно-марте нситных пр ев р аще­ н и й следует определять опытным путем дл я конк р ет ного

У П РО Ч Н Е Н И Е

К Р И О Г Е Н Н Ы М И М Е Т ОД АМ И

73

42. Ср е д н и е зн ачен и я коэффи ци ентов р ас ш11р е н и . структурных состав л я ю щ и х с та ли Структур11 а и соста вля ющ ая ст ал и

Аусте нит

Коэфф и 1 щ е н т л и н е i\ ­ воrо рясш и рен н я а. · t ов , c r,-1

23,0 1 1 ,5

М а р тен сит

Коэффициент п о rо

объе м ­

р а с ш и р ен и я 11 - .1 0• . 0 с-1

70 . 0 35,0

43. Температура н ачала и конца м а р те нси тноrо превра щен и я для угл е род и стой ста ли, 0С

%

Н а ч ал о пре вращен и я м "

0-0,3 0,3- 1 , 1 7

350 1 80

Кол ичество углерода,

Коне11 1 1 р е в р а1цен и я

.11'1:\ к

200 - 1 40

химического состав а стали в зависи мости от реж имов п редыдущей тер мообр аботки и конфи гур ации детали ; п р и обр аботке детал и особо сложной формы с нер а в н омер­ ным р аспределени ем массы рекомендуется н емедленно после закалки п р именять отпуск дл я с н ят и я з акалочных н а п р яжен и й ; н ельзя непосредственно после закалки про­ изводить охлажден и е ниже нуля , так как в эти х случаях увел ичив аются напр яжен и я и опасность обр азо в ания трещин ; криогенная обр аботка п р иводит к росту объема стру ктур ных составля ющих п р и р асп аде остаточного аустенита. В табл . 42 п р и ведены средни е коэффициенты р асширени я аустенитно-мартенситных фаз стали . Распад остаточного аустенита и превращен и е е го в мартенсит происходят в определенном и нтер вале тем­ пер атур (табл . 43) . Если закалку осуществляли п р и по­ н иженных температу р а х , то аустен ит мало н асыщен ки­ слор одом, е го прев р ащен и е полностью заканчивается п р и температур е н иже нуля , и такое охлажден ие н е вызывает допол нительных превр ащени й . Если закалка выпол нена п р и повышенных температу р а х , то в р езультате ее обр азу­ ется аустенит с высокой концентр а цией по у гл ер оду и ле­ гирующим элементам. При охл аждени и стали, з а кален­ ной п р и повышенных темпер ату р а х , н иже нул я пр оис-

74 У П РОЧ Н Е Н И Е Т Е Р М ИЧ ЕСК ИМ И И КРИО Г Е Н Н Ы М И М Е ТОД АМ И 44 . В л и я ние к р и огенно й о бработ к и на свойства стали Мар е т н с и тн

ос

Ст аль

Мв

'У7 У8 У9 'Y l O Yl2 9 ХС

х

Х ВГ

300-250 250-225 225- 2 1 0 2 1 0- 1 75 1 75- 1 60 2 1 0- 1 85 1 80- 1 45 1 55- 1 20

ые

1

т оч к и,

К ол и че

1

%

ст во

Мк

до обр а б uтк и

-50 -55 -55 -60 -70 -60 -90 -1 10

3-5 4-8 5- 1 2 6- 1 8 1 0-20 6- 1 7 9-28 1 3-45

а ус тен ита ,

п осле об р аб отк и

l ,O l -6 3-lO 4- 1 2 5- 1 4 4- 1 7 4- 1 7 2- 1 7

Прирост после

т вердости

обраб отки, H RC

0, 5 l ,O l - l ,5 l , 5-3 3-4 1 , 5-2, 5 3-6 5- 1 0

ходит п р евр ащение аустен ита в мартенсит, п ротекающее до темпер атуры конца мартенситного превращения (табл . 44) . Влияние l % легирующих элементов на тем­ ператур у конца мартенситного превр ащен ия показано н иже. Снижение темпер атур ы конца мартенситного п ревр ащения, 0С Марганец Н и кел ь В анадий Молибден Х ром Медь

45 26 30 25 35 7

Охлаждение н иже этой темпер ату ры не вызывает дальнейшего превращени я аустенита в мартенсит. Чем больше у глерода и л егирующих элементов в стал и , тем выше темпер ату р а закал к и , тем большее количество оста­ точного аустенита п олучается в закаленной стали и, следовательно, тем ниже температур а н ачал а Мн и конца Мн м а ртенситного п р евр ащения (см. табл . 44) . На кол ичество остаточного аустенита оказывает вл ияние скорость охлаждения стали в области температур мартен­ ситного превращени я . С уменьшением этой скорост и количеств о остаточного аустенита увеличивается . В н е­ которых марках стали н е весь аустенит превращается

У ПРОЧ Н Е Н И Е К.Р ИОГ Е Н Н ЫМИ М Е Т ОД А М И

75

в мартенсит. Определенное количество его стабилизиру­ ется , п р ичем тем большее, чем выше темпер ату р а закалки и ниже температу р а мартенситного превр ащени я . Выдер­ ж ка закаленной стали п р и нормальной температуре ведет к стабил изации остаточного аустенита. После этого пр и последующем охлаждени и превр ащен ие начинается не ср азу, а после циклического гистерезиса в несколько десятков градусов. Продолжительность р азрыва между временем закалки и криогенной обр аботки влияет на стаб илизацию аустенита . Темпер ату р а , при которой аустенит стабилизируется, вависит от марки стали. Выше этой температуры, обозна­ чаемой Мс , аустенит не стабилизируется . Если М0 лежит н и же 20 ° С, то между закалкой и кр иогенной обработкой может быть п ромежуток времени любой дл ительности. Если точка Мс л ежит выше 20 ° С, то криогенную обр аботку следует п р оводить сразу посл е закал к и . Стабилизирующее вли я н и е длительности выдержки после закалки будет тем больше, чем выше лежит точка Мс , Стабили з а ция р азмеров технологической оснастки высокой точности дости гается дополнительной термообработкой - старе­ н ием, выполн я емым посл е однор азовой к р и огенной об·· работки и предусматривающем дл ительный н агрев до 1 20 - 1 50 ° С. Кр иогенную обработку целесообр азно п р имен ять для нерегулируемых разверток, расточных блоков, п р отяжек и прошивок, гладких и резьбовых калибров (скоб, про·· бок, колец, ш аблонов) , концевых мер длины, установоч­ ных мер , р абочих деталей штампов и пресс- форм, н а п р ав· л я ющих и фикси рующих деталей станочных пр испособле" н и й , контрольных и установ очных оправок. О собенности криогенной обработки технологическо й о снастки, изготовле нно й из различ н ы х сталей . В углеро­ дистых стал ях с содержанием у глерода свыше 0 , 6 % в ре� вультате кр иогенной обр аботки обеспечивается повышен ие твердости п р и любой закалочной температуре (р и с . 6) . П ри этом надо учитывать , что положение точки /1\1 н а шкале темпер атур изменяется с изменением тем пер атуры закал ки (табл . 45) . При закалке от темпер ату ры 750 до 800 ° С охлаждение у глеродистых инстр ументальных ста­ .т�ей до -30 ° С достаточно дл я м аксимального п р евр ащен и я остаточного аустенита. Чем н иже темпер ату р а закалки, а

76 У П Р О Ч Н Е Н И Е HRC �

80

50 too, t

f

1'

Т Е РМ И Ч Е С К ИМ И

--- ··�

J

'2

1

0,2 o, t о,е о,в

t

при

К Р И О Г Е Н Н Ы М И М Е ТОД Л МИ

45. Зависимо ст ь т е м пературы то чки Мн углеродисто й и нструм е н т аJ1ьной стаJiИ от т е м п е р а т ур ы закалки Т е м п е р а т у р е:: '-Hl K H JI K ll , 0 С

Ст а л ь

с, %

Ри с. 6 . Зависимость твер­ до ст и зака лен н ой у глеро­ дисто й ст а ли от содер­ жани я углерода и метода

термообработки rреве:

И

о

780

У8

-60

1000 780 1 000 780 1000

YlO

У12

на­

Г (� М П С' р а тур а М к , ос

о

-90 -20 - 1 00

1 - в ы ш е А с3 и об работке при к р и отемпе р ату р а х; 2 выше 7 8 0 - 8 0 0 °С; 3 - в ы ш е Ас,

сл едовательно, чем меньше аусте­ н ит н асыщен у глеродом, тем мень­ ше должен быть р азрыв во времени между закалкой и криогенной обработкой . Темпер ату р а мартенситного превращен и я у глеродистой и нстр ументаль­ ной стали некоторых основных марок п р иведена в табл . 46. С повышен ием темпер ату ры закалки быстрорежущей стал и количество остаточного аустен ита в ней п р и нор­ мальной темпер атуре возрастет; стабил изируемость его уменьшается . Поэтому кр иогенную обр аботку такой стали следует проводить при более низкой темпер атуре. Сталь , закаленная п р и пониженных температурах н агрева, пре­ тер певает более полное мартенситное превр ащение. Время между опер аци ями закалки и кр и о ген ной обр аботкой для такой стали необходи мо сократить . Если в п роцессе охла46. Темп е ратур а мартенси тного превращени я и эфф е ктивно сть охлаждения ниже О 0С уr.�еродистых инструментальных сталей Г р а н н u ы r1 р е в р а щсн и я , ос

Ст а л ь М 1-1

У7

У8

yg

YIO

У12

300-255 255-230 230-2 1 0 2 1 0- 1 75 1 7 5- 1 60

1

КоJ1 и ч.�стно остаточ н о го а у с тен и та п осле ох л а ж д е н и я, %

N'1 ,