Смекни!
smekni.com

Фазові і структурні перетворення під час термічної обробки сталей 5ХНМ та ШХ15 (стр. 7 из 12)

При підвищені температури нагріву до 300 - 400ºС настає третє перетворення при відпуску. В цьому інтервалі температур спостерігається стиснення зразка (зменшення його довжини), що указує на повне виділення надмірного вуглецю з мартенсіту і зняття внутрішньої напруги. Одночасно з цим відбувається порушення когерентності і обособлення граток ферита і карбіда, пов’язане з одночасним протіканням карбідного перетворення, в результаті якого утворюється цементіт

-Fe
C → Fe
C.

Крім того, змінюються розміри і форма карбідних частинок, вона наближається до сфероїдальної. Коагуляція карбідів під час відпуска відбуваєтьза в результаті розчинення більш дрібних і росту більш великих частинок цементиту при одночасному збідненні вуглецем

-твердого розчину. Структуру сталі після високого відпуска називають сорбітом відпуска. Частинки карбідів у структурі сорбіта відпуска на відміну від сорбіта, що отриманий в результаті розпаду переохолодженого аустеніту, має зернисту, а не пластинчату будову. Утворення таких структур покращує такі властивості сталей, як: пластичність і в’язкість, а також опір руйнуванню.

При подальшому підвищенні температури (вище 400 °С) наступає четверте перетворення при відпуску, яке характеризуется повним зняттям внутрішньої напруги і коагуляцією карбідних частинок в зернистому цементиті. При температурі вище 400 °С відпущена сталь складається з фериту ізернистого цементита. Різний ступінь дисперсності цементита зумовлює і структуру відпущеної сталі. Сталь відпущена при 350... 500 °С, має структуру трооститу, при 500... 600 °С - сорбіту відпустки. Причому в першому випадку частинки цементита дрібніші, ніж в другому.

При температурі відпустка вище 600 °С сорбіт відпустка перетворюється на перлит із зернистим цементитом (іноді називають зернистий перлит) з твердістю НВ250. Зменшення твердості сталі супроводжується відповідною зміною і інших механічних властивостей [8].

Легуючі елементи Mo і Cr у досліджувальній сталі 5ХНМ уповільнюють процес коагуляції карбідів. При високих температурах 500-550 ºС стає можливою дифузія легуючих елементів, яка призводить до їх перерозподілу між феритом і цементитом. Карбідоутворюючі елементи Cr і Mo дифундують із ферита у цементит, нерарбідоутворюючий Ni – з цементита в ферит. Збагачення цементиту легуючими елементами до межі насичення призводить до його перетворення у спеціальні карбіди (Cr

C
, Cr
C
, Mo
C, MoC), які утворюються в тих місцях, де до цього були частинки цементиту. Однак можливе і пряме виділення частинок спеціальних карбідів, які викликають ефект дисперсійного твердіння.

Слід також зазначити, що розпад мартенсіта при відпуску впливає на всі властивості сталі. При низьких температурах відпуска (200-250 ºС) зменшується схильність сталі до крихкого руйнування. У випадку низькотемпературного відпуска твердість загартованої і віпущеної сталі не залежить від вмісту в ній легуючих елементів і визначається в основному вмістом вуглецю в

- розчині. Міцність і в’язкість сталі при низ’ких температурах відпуска дещо зростає внаслідок зниження макро- і мікронапружень і зміни структурного стану (виділення зміцнюючи фаз – карбідів). З підвищенням температури відпуска від 200-250 ºС до 500-680 ºС помітно знижується твердість (з 50-60HRC після рартування до 35-38 HRC – після відпуску),, також зменшується тимчасовий опір, межа текучості,, підвищується подовження і звуження.

Легуючі елементи сприяють збільшенню вмісту залишкового аустеніту під час гартування і утримують його перетворення під час відпуску. В інтервалі бейнітного перетворення залишковий аустеніт зазнає проміжне перетворення. При більш високих температурах відпуска із залишкового аустеніту виділяється карбідна фаза і в процесі охолодження він відчуває мартенситне перетворення.

Усі легуючі елементи збільшують стійкість аустеніта у проміжній області і знижують його температурний інтервал. Особливо сильно у цьому напрямку діють Ni і Cr. На процесах проміжного перетворення виявляється вплив легуючих елементів на термодинамічну активність вуглецю, що призводить до зниження швидкості збагачення аустеніта вуглецем, а також швидкості утворення карбідної фази.

Зниження температури Мн веде за собою збільшення після гартування вмісту залишкового аустеніту. Витримка при температурах в інтервалі Мн – Мк призводить до стабілізації залишкового аустеніту [7].

1.7 Вдосконалення технологічних процесів на основі аналізу фазово-структурних перетворень для сталі 5ХНМ

Об’єктом для вдосконалення обираємо процес гартування молотового штампу зі сталі 5ХНМ. Недоліком цього процесу є тривалий цикл термічної обробки. Цьому недоліку можна запобігти, якщо для штампу зі сталі 5ХНМ виконати ізотермічне гартування.

Нагріті до температури гартування штампи підстужують протягом 10-12 хв., накривають коробом і охолоджують в розплаві солей (70% BaCl2 і 30% NaCl) з температурою 275 - 325ºС протягом 2 годин; потім проводять охолодження на повітрі. Відповідно до діаграми ізотермічного перетворення аустеніту для сталі 5ХНМ при вказаному режимі ізотермічного гартування перетворення на гравюрі штампу повністю протікає по бейнітному механізму. При цьому забезпечується твердість гравюри не вище 38-48 HRC. В той же час хвостова частина штампу охолоджується сповільнено і отримує твердість не вище 32-35 HRC. Тому відпустк після ізотермічного гартування не здійснюється.

Таким чином, в результаті ізотермічного гартування в 5,5 разів скорочується цикл термічної обробки штампів, на 60% зменшується її трудомісткість, досягається значна економія палива і електроенергії; крім того, виробничі випробування штампів показують, що за рахунок ізотермічного гартування майже в 1,5 разів збільшується їх стійкість (в порівнянні із стійкістю штампів, підвергнутих гартуванню по звичайному режиму) [4].

Формула винаходу

Спосіб термічної обробки молотового штампу зі сталі 5ХНМ, що полягає у гартуванні, відрізняється тим, що для скорочення тривалості цикла термічної обробки, економії палива та електроенергії, зменшення короблення і підвищення стійкості молотового штапа, відпуск не проводять, а здійснюють ізотермічне гартування при нагріві в розплаві солей (70% BaCl2 і 30% NaCl). Охолодження здійснюється на повітрі за такими параметрами:

- температура нагріву 275 - 325ºС;

- тривалість витримки 2 – 2,5 год.;

- твердість гравюри 38-40 HRC;

- твердість хвостовика 32 - 35HRC.


2. Фазові і структурні перетворення при термічній обробці сталі ШХ15

2.1 Загальна характеристика сталі ШХ15

Сталь ШХ15 є конструкційною, хромістою, підшипниковою. Вона призначена для виготовлення шариків діаметром до 150 мм; роликів діаметром до 23мм; кілець підшипників із товщиною стінки до 14мм, від яких вимагається висока твердість, зносостійкість та контактна міцність. Сталь поставляється у вигляді сортового прокату, в тому числі фасонного, каліброваного та шліфованого прутка, серебрянки, полоси, проволоки. Хімічний склад сталі ШХ наведено в таблиці 2.1 [16].

Таблиця 2.1 – Хімічний склад сталі ШХ15, % (ГОСТ 801-78)

C Mn Si Cr S P Ni Cu
0,95-1,05 0,20-0,40 0,17-1,37 1,30-1,65 0,020 0,027 0,30 0,25

В таблиці 2.2 приведена температура критичних точок сталі ШХ15 [16].

Таблиця 2.2 –Температура критичних точок сталі ШХ15, ºС (ГОСТ 801-78)

Ас
Ас
Ar
Ar
Мн
745 900 713 700 210

Ролик підшипника працює без значних ударних навантажень в умовах тертя та значних знакозмінних навантаженнях, тому поверхня ролика піддається значному зносу. Отже, матеріал ролика повинен мати високу твердість 60-65HRC, а структура повинна складатися з мартенситу відпуска. Прогартованість ролика має бути наскрізь.

Сталь ШХ15 – заевтектоїдна, хроміста, підшипникова. Вона чуттєва до неметалевих включень та домішок, тому виплавляється в електродугових печах з наступним рафінуючим переплавом, щоб попередити зниження контактної міцності виробу.

2.2 Технологічний процес виготовлення ролика

Підшипники качіння є одним з основних елементів більшості машин і механізмів. Підшипники характеризуються вантажопідйомністю, довговічністю і надійністю, точністю і частотою обертання, масою, рівнем шуму та ін.

На працездатність підшипників впливають багато факторів, зокрема: відповідність підшипників за типом і розмірами характеру і величині експлуатационных навантажень; якість сталі і термічна обробка; точність виготовлення деталей і чистота обробки; якість збірки підшипників; умови монтажу, якість мастила і інші особливості експлуатаційнних умов.