Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 243
Скачиваний: 0
в |
дисперсионно-упрочненных |
системах, |
то уравнение (119) |
имеет |
||||
в |
и д I 4 |
2 9 |
1 |
1 |
и |
V/. I t \Чг |
(121) |
|
при t < |
d, |
Ов.и = |
О0 + | 4 Y n O B 4 ( l - 2 v ) L 1 / 2 / |
' w * |
||||
где 2t |
— толщина |
барьера (частицы), L |
— длина |
затор |
||||
моженной плоскости скольжения, обычно равная расстоянию между
частицами, |
которые могут служить барьерами. При |
очень тонких |
барьерах (t |
<^ d) |
|
|
0"в,и = Оо + 4 Y n o B - £ ( l - 2 v ) L ] V 8 . |
(122) |
СК О Р О С Т Н А Я
ЭЛ Е К Т Р О Т Е Р М И Ч Е С К А Я
О Б Р А Б О Т К А С Т А Л И
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СКОРОСТНОГО ЭЛЕКТРООТПУСКА
Скоростная электротермическая обработка стали, как и обычный способ ее упрочнения — печной отпуск, представляет собой после довательное выполнение двух основных операций — закалки и от пуска. Отличие СЭТО от обычного улучшения состоит в методе и скорости нагрева при обработке: и аустенизация, и отпуск произво дятся электронагревом, контактным или цндукционным. Это от личие настолько изменяет структурное состояние обрабатываемой стали и всю технологию термообработки, что СЭТО можно считать особым видом упрочнения. Электрозакалка давно получила ши рокое распространение в термических цехах машиностроительных заводов. В развитии теории и технологии этого способа закалки важную роль сыграли исследования, выполненные В. П. Вологдиным [516, 517], В. Д. Садовским [101—107], И. Н. Кидиным [25, 84], Н. М. Родигиным [49], М. Г. Лозинским [167, 518], К. 3. Шепеляковским [519] и др. Современные представления о физических ос новах и технологии упрочнения стали при электрозакалке подроб но изложены в монографии И. Н. Кидина [25], поэтому мы на них не останавливаемся. Однако электрозакалка является первым эта пом электротермической обработки, на котором формируется особое структурное состояние аустенита и мартенсита, обеспечивающее благоприятное сочетание свойств упрочненного изделия. В подав ляющем большинстве случаев сталь, наделенная в процессе электро закалки преимущественными свойствами, подвергается обычному печному отпуску. И если электрозакалка проводилась на поточном автоматизированном закалочном агрегате, то отпуск осуществляет ся при массовой загрузке мелких деталей в печь, где длительность процесса зависит от условий прогрева всей массы деталей, а не от времени, необходимого для развития эффектов отпуска. Так в од ном процессе сочетаются две технологии: прогрессивная и уста-
240 ревшая.
В. Д. Садовский и его сотрудники [520, 521] применили контакт ный электронагрев для отпуска закаленной стали и назвали такой процесс электроотпуском. Они показали, что электроотпуск при нагреве со скоростями до 1000 град/сек позволяет не только создать условия для развития соответствующих структурных превращений, но и получить более выгодное сочетание важнейших механических свойств обработанной стали. Так, отпускная хрупкость конструк ционных легированных сталей проявляется тем меньше, чем выше скорость нагрева при электроотпуске. Электроотпуск обеспечивает наиболее высокую ударную вязкость при заданной твердости. При одинаковой пластичности прочность электроотпущенной стали вы ше, чем отпущенной в печи.
Результаты, полученные В. Д. Садовским и другими, вызвали большой интерес к электроотпуску. Однако, несмотря на очевидные преимущества, электроотпуск еще долго оставался лишь предметом научных исследований и не применялся на практике. Причины та кого положения кроются не в принципиальных особенностях про цесса электроотпуска, а в технике его практической реализации. Электроконтактный нагрев применим лишь для упрочнения деталей простейшей формы, с постоянной площадью поперечного сечения. Индукционный нагрев для электроотпуска также связан с техниче скими трудностями. При индукционном нагреве под закалку глу бина аустенизированного слоя определяется главным образом не частотой нагревающего тока, а длительностью процесса, в котором зо на активного прогрева последовательно перемещается в глубину детали впереди слоя аустенитной фазы. Таким образом, при одно временном прогреве слоя толщиной в десятые доли миллиметра конечная глубина зоны аустенизации (и закалки) может достигать десятикратной величины (порядка 1 мм и более). Но при индукцион ном нагреве для электроотпуска зона одновременного прогрева со ставляет также десятые доли миллиметра, что создает опасность недоотпуска внутренних областей закаленного слоя. Поэтому прихо дится уменьшать скорость' нагрева, что сразу же снижает эффек тивность электроотпуска и производительность процесса. В работе [522] нами было показано, что для повышения глубины одновремен ного прогрева можно использовать внешнее подмагничивание, сни жающее эффективную магнитную проницаемость стали. Но и этот прием создает нежелательное усложнение технологии, чем и объяс няется применение на практике эффекта самоотпуска после электро закалки [523].
Весьма надежно электроконтактный нагрев удается осущест вить в непрерывном потоке движущейся проволоки. Поэтому наи более широкие возможности для освоения электроотпуска имеются в метизной промышленности, производящей стальную проволоку, канаты, пружины, арматуру и другие виды метизной продукции. Исследования в области электротермической обработки стальной проволоки были начаты в 1963 г. Институтом металлофизики АН УССР совместно с Одесским сталепроволочно-канатным заводом.
16 3-2II0
В последние годы получены важные теоретические и практические результаты. Впервые в промышленных масштабах осуществлена электротермическая обработка проволоки в полном комплексе — электрозакалка с последующим электроотпуском. Но специфика сталепроволочного производства такова, что само по себе упрочне ние по методу СЭТО, как правило, еще не является конечной опе рацией, после него следует холодное волочение, в процессе которо го окончательно формируются свойства готовой проволоки. Таким образом, электротермическая обработка в сталепроволочном про изводстве оказалась органически вплетенной в комплексный техно логический процесс. Более того, замена патентирования электро термической обработкой позволяет повысить производительность
термообработки |
проволоки в потоке в несколько раз |
и прочность |
|||
заготовки |
и проволоки, а также применить в канатном |
производст |
|||
ве такие |
марки |
сталей (в том |
числе малолегированные), |
которые |
|
не поддаются патентированию, |
но представляют большой |
интерес |
|||
с точки зрения комплекса свойств и экономичности. Поэтому элект роотпуск является весьма прогрессивным перспективным способом упрочнения стали.
В предыдущих разделах, при рассмотрении структурных особен ностей электроотпущенных сталей, отмечалось, что при большой скорости нагрева и охлаждения в процессе электроотпуска достига ется особое структурное состояние, характеризующееся повышен ными искажениями I I рода, более дисперсной блочной структурой ферритной матрицы и весьма мелкодисперсными карбидами иголь чатой или пластинчатой формы. Повышение температуры отпуска или снижение скорости нагрева способствует коагуляции карбидов, при этом сохраняется достаточно высокая дисперсность карбидной фазы. По существу это такое состояние стали, которое при обычном отпуске достигается при помощи легирования ее карбидообразующими элементами. Эту аналогию во влиянии легирующих элементов и скорости нагрева на структурное состояние стали можно объяс нить тем, что карбидообразующие элементы существенно замедля ют процессы коагуляции продуктов распада при отпуске мартенсита, сохраняя тем самым упрочненное состояние стали. Определен ным вкладом в упрочнение, естественно, является и образование твер дого раствора атомами легирующих элементов.
При электронагреве даже нелегированной стали, несмотря на большую диффузионную подвижность углерода, процессы отпуска не могут развиваться достаточно полно из-за кратковременности об работки. В результате достигается почти то же структурное состоя ние стали, что и при легировании в сочетании с обычным отпуском, хотя при электроотпуске это достигается только благодаря высокой скорости нагрева. Естественно, что аналогию в данном случае следует понимать с известными ограничениями, так как упрочне ние при легировании имеет свою специфику. К тому же структура отпущенной легированной стали более теплоустойчива. Тем не ме нее в воздействии на структурное состояние стали и на связанные
с ним механические свойства эта аналогия оказывается достаточно полной.
Исследование механических свойств электроотпущенной стали различных марок проводилось в работах [159, 291, 292, 520]. Пока зано, что твердость стали, отпущенной электронагревом при соот ветствующих температурах, выше твердости стали, отпущенной в печи при выдержке в течение 1 ч (рис. 154). Во всех изученных слу чаях предел прочности электроотпущенной стали на 50—70 кГ/мм2 выше предела прочности стали, отпущенной в печи. К тому же при электроотпуске в определенном температурном интервале высокие
200 U00 600 |
300 500 700 900 |
200 Ш 600 800 t°C |
а• 5
Рис. |
154. |
Изменение твердости хромистых сталей при отпуске в |
печи |
(•) |
и электроотпуске (о): |
а — сталь |
1 5 Х ; 6 -» сталь 3 8 X A , в — сталь Ш Х 6 . |
|
прочностные характеристики стали сочетаются с удовлетворительной пластичностью ее. Таким образом, электроотпущенная сталь пред ставляет собой высокопрочный конструкционный материал с таким сочетанием прочности и пластичности, которое не может быть до стигнуто при отпуске в печи.
Испытания прочности на изгиб, проведенные на стали ШХб, подтвердили установленную закономерность: предел прочности электроотпущенной стали в области пластичного разрушения при изгибе на 100—120 кГ/мм2 выше предела прочности стали, отпу щенной в печи. Предел текучести стали при печном отпуске заметно снижается по мере повышения температуры. При электроотпуске такое снижение либо несущественно, либо начинается лишь при вы соких температурах. Это явление становится понятным, если учесть особенности структурного состояния электроотпущенной стали.
Изменение кинетики процессов электроотпуска проявляется в
снижении пластичности стали при соответствующих |
температурах. |
Но если сопоставить механические характеристики |
стали не по от |
ношению к температуре отпуска, роль которой в двух рассматри ваемых случаях была не одинакова, а по отношению к определен ной механической характеристике, служащей как бы индикатором завершаемости процесса, то действительное преимущество электро-
16'
