Окружающей среды и природопользования

жүктеу/скачать 9.9 Mb.

бет	10/46
Дата	18.07.2016
өлшемі	9.9 Mb.
	#206774

1 ... 6 7 8 9 10 11 12 13 ... 46

Для отливок из черных металлов существует в основном два вида термообработки: отжиг и упрочнение. При отжиге уменьшаются напряжения, появившиеся в обрабатываемой детали при заливке и последующем охлаждении отливки, кроме того, выравнивается структура. В случае упрочнения уровень температуры превышает уровень температуры фазового перехода, после чего обрабатываемая деталь быстро охлаждается с помощью процесса, известного как закалка. Это вызывает изменение свойства материала. Можно получить различные результаты при использовании воды, масла или закалки на воздухе. ‘Закалка и отпуск’ определяют название технологии, при которой обрабатываемая деталь повторно нагревается до температуры отпуска после закалки, и процедура закалки повторяется.

Придание чугуну ковкости представляет собой вид термообработки, который отличается от отжига и закалки. В этом случае пластичная необработанная отливка преобразовывается либо в белый, либо в черный чугун в зависимости от типа процедуры.

Многие отливки из цветных металлов используются при 'отлитых' условиях, но конкретные применения требуют более высоких механических свойств, чем свойства 'отлитого' материала. Возможными видами обработки являются отжиг, контролируемое охлаждение, термообработка для перевода компонента в твердый раствор, искусственное старение и обработка осаждением. [1], [4]

6.8.2 Печи для термообработки

6.8.2.1 Камерные печи

Камерные печи имеют наиболее общую конструкцию. Для их реального проектирования используются многие подвиды, отвечающие потребностям различных видов термообработки самых разнообразных отливок и производств. Некоторыми примерами камерных печей являются печи с выдвижным подом, колпаковые печи, и т.д. Камерная печь с непрерывно двигающимся конвейером называется туннельной печью. Нагревание обеспечивается либо с помощью электроэнергии, либо с помощью газа или жидкого топлива.

Для цветных металлов выполняются некоторые виды термообработки при температуре близкой к точке плавления отливки, таким образом необходимо точное регулирование температуры. Чтобы гарантировать, что температура во всех частях печи будет постоянна и равна заданной, используется принудительная циркуляция воздуха. [1], [4]

6.8.2.2 Шахтные печи

Трубы и подобные элементы часто подвергаются обработке при их установке в вертикальном положении в шахтных печах. В шахтных печах нагревание обеспечивается с помощью электроэнергии, газа или с помощью жидкого топлива.

6.8.2.3 Печи для отжига

Камерные, колпаковые или туннельные печи используются для отпуска необработанных отливок. Нагревание таких печей обеспечивается с помощью электроэнергии, газа или с помощью жидкого топлива.

6.8.3 Закалка

В процессах термообработки, отбеливание представляет собой охлаждение обрабатываемой детали с большей скоростью, чем на открытом воздухе. Это может быть достигнуто посредством быстрого погружения в воду или масло (Рисунок 6.51), а так же путем принудительного охлаждения струей воздуха. Необходимо следить за постоянством скорости охлаждения обрабатываемой детали. При погружении в жидкости, необходимо перемещать деталь или непрерывно перемешивать жидкость, чтобы гарантировать полное и равномерное охлаждение всех участков обрабатываемой детали. Подобный принцип следует использовать и при закалке на воздухе, обдув должен затрагивать всю поверхность детали.

Рисунок 6.51 - Закалка горячей отливки сразу после термообработки [6]

6.8.4 Термообработка пластичного чугуна (SG –чугун (чугун со сфероидальным графитом)

Желательно достигнуть заданных свойств металла детали в 'отлитой форме', чтобы сократить потребность в дальнейшей обработке, но это не всегда возможно из-за изменений толщины участков отливки и т.д. Термообработка отливки способствует устранению карбидов в тонких участках, созданию более плотных кристаллических структур и для данной структуры часто позволяет улучшить механические свойства, особенно путем нормализации зернистой структуры. В случае, когда необходима структура мартенсита отпуска, термообработка является основной технологией. [1], [10]

6.8.4.1 Снятие напряжений

Процедура снятия напряжений состоит из нагревания отливки со скоростью 50 – 100 ºC/час до 600 ºC (следует внимательно следить за процессом и не превышать температуру 610 ºC), после чего, выдержка ее в течение минимум одного часа, плюс дополнительный час на каждые 25 мм толщины на самом толстом участке, и последующее охлаждение со скоростью 50 - 100 ºC/час или меньше. Отливки должны соответствующим образов располагаться в печи так, чтобы в них не возникали дополнительные напряжения.

6.8.4.2 Удаление карбидов

В тонких участках отливки могут содержаться карбиды в 'отлитой' структуре. Они могут быть удалены при выдержке отливки при температуре 900 – 925 ºC в течение 3 - 5 часов.

6.8.4.3 Отжиг для создания ферритовой основы

Процедура отжига включает в себя выдержку отливки при температуре 900 - 925 ºC в течение 3 - 5 часов, после чего следует медленное охлаждение со скоростью, приблизительно, 20 - 35 ºC/час, в критическом температурном диапазоне (приблизительно 800 - 710 ºC), и конечное охлаждение в печи со скоростью, примерно, 50 - 100 ºC/час, до температуры 200 ºC.

6.8.4.4 Нормализация для создания перлитовой структуры

В процессе нормализации отливки выдерживаются при температуре выше критической, после чего необходимо провести охлаждение на открытом воздухе. Обычно выполняется повторная выдержка при температуре 900 – 925 ºC, чтобы гарантировать, что карбиды разрушены. Чтобы сформировать перлитовую структуру, используется принудительное воздушное охлаждение. Тип имеющейся в наличии печи для термообработки и размер загрузки определяют требуемый производственный цикл процесса. Может понадобиться скорректировать структуру металла путем добавок олова или меди, что способствует полному формированию перлитных структур.

6.8.4.5 Создание закаленных и отпущенных структур

Закаленные структуры создаются путем аустенизации отливки при температуре 900 – 920 ºC, после чего следует закалка в масле. Отпуск обычно выполняется при температуре 600 – 650 ºC.

6.8.4.6 Закалка на аустенит пластичного чугуна (ADI)

Закалка на аустенит представляет собой изотермическую термообработку для создания аусферритовой структуры. Это может вдвое упрочнить пластичный чугун, позволяя ему сохранить хорошую пластичность и жесткость. Сопротивление износу и усталостные свойства становятся превосходными до такой степени, что ADI можно сравнить с кованой и закаленной сталью.

Термическая обработка ADI-чугуна представляет собой двухступенчатый процесс, схема которого представлена на Рисунке 6.52. Аустенизация выполняется при температуре 815 – 930 ºC до полного создания аустенитной структуры. Это осуществляется либо в печи в неокисляющей атмосфере, либо в соляной ванне при высокой температуре. Температура и время выдержки определяются химическим составом, размером отливки и сортом требуемого ADI-чугуна; обычно достаточно 1 - 1.5 часа. Желательно проводить медленное начальное нагревание отливок, имеющих сложные формы, чтобы избежать риска образования трещин. Отливки затем подвергаются закалке при заданной температуре изотермической обработки, обычно между 210 и 400 ºC. Это часто выполняется в соляной ванне.

Отливка выдерживается при этой температуре в течение 1 – 2 часов, до завершения процесса преобразования аустенита в аусферрит. Более низкие температуры дают высокую твердость, прочность и стойкость к износу, в то время как высокие температуры приводят к более высокой пластичности и жесткости. После изотермической обработки, отливка охлаждается до температуры окружающей среды.

Рисунок 6.52 - Типичные стадии закалки на аустенит [10]
Чистые пластичные чугуны могут быть подвержены закалке на аустенит при толщине их участков, приблизительно, до 8-мм. Более толстые отливки требуют добавки Mo или Ni для увеличения степени закалки.

Пластичный чугун, подвергнутый закалке на аустенит, используется в качестве замены стальной поковки в сельскохозяйственном, железнодорожном, автомобильном и общем машиностроении; например, для изготовления лезвия отвалов, зубьев землеройных машин, кронштейнов рессор, кронштейнов крепления задней оси, шестерен и т.д. Производство ADI-чугуна возрастает, но его использование ограничено до некоторой степени отсутствием соответствующих средств термической обработки. [1], [10]

6.8.5 Термобоработка стали

Стальное литье обычно подвергается термообработке перед отгрузкой, например, нормализации, приводящей к изменению структуры. Кроме того, необходимо уменьшить потенциальные внутренние напряжения в отливке (отжиг для снятия внутренних напряжений). Целый ряд стальных отливок должен подвергаться дополнительному отпуску после снятия напряжений (закалка и отпуск).

Большинство стальных отливок подвергаются термообработке для достижения желаемых механических свойств и снятия напряжений, для приобретения коррозионной стойкости и облегчения отделочных работ. Уровень термообработки определяется в соответствии с маркой стали. Для удаления химической и структурной сегрегации обычно проводится отжиг при высокой температуре. Углерод и низколегированные стальные сплавы подвергаются:

- нормализации и охлаждению на воздухе, или

- аустенизации, закалке и отпуску.

Аустенитная или двухфазная нержавеющая сталь подвергается термообработке на твёрдый раствор и закалке в воде. Также используется дополнительная термообработка, например, снятие напряжений или термообработка после проведения сварочных работ, требуемая для снятия внутренних напряжений материала. [1], [7], [3]

6.8.6 Термообработка алюминия

Алюминиевые отливки подвергаются термообработке для: гомогенизации, снятия напряжений, улучшения способности сохранять размеры и обрабатываемости, для оптимизации прочности, пластичности, жесткости и коррозионной стойкости. Чаще всего термообработка представляет собой компромисс, часто улучшая одни важные свойства за счет других. Термообработка алюминия может включать: отжиг, термообработку на твёрдый раствор, закалку, искусственное старение и обработку осаждением. Тип используемой обработки указывается с помощью индекса в обозначении сплава. Это называется индикатором отпуска. При свободном литье и литье в кокиль под низким давлением, а также при литье в песчаные формы возможно использование всех типов термообработки, хотя не все они стандартизированы. При литье в кокиль под давлением не разрешается проведение термообработки на твёрдый раствор и закалки, подобно соответствующим процессам при литье в песчаные формы, свободном литье и литье в кокиль под низким давлением. Захваченные пузырьки газа могут расширяться и вызывать образование дефектов. Термообработка не является общей процедурой при литье в кокиль под высоким давлением; только приблизительно 1 % отливок этого типа подвергается термообработке. Все литье в кокиль под давлением может быть подвергнуто закалке, осаждению и снятию напряжений без получения каких бы то ни было вредных результатов. При производстве отливок колес из алюминиевых сплавов в кокиль при низком давлении, 90 % отливок подвергается термообработке [3].

6.8.6.1 Снятие напряжений и отжиг

В отливках переменного сечения или сложной формы могут возникать внутренние напряжения. В дальнейшем, после механической обработки, они могут вызвать изменения размеров. Чтобы стабилизировать отливку и снять внутренние напряжения, отливка нагревается до температуры 200 ºC в течение 5 часов, после чего следует медленное охлаждение в печи.

6.8.6.2 Обработка твердого раствора и закалка

Отливка нагревается до температуры ниже температуры плавления и выдерживается в течение длительного времени до внедрения легирующих компонентов в однородный твердый раствор. Затем отливка быстро охлаждается, закаливаясь при комнатной температуре, чтобы сохранить элементы в растворе. Используется вода или специальная закалочная среда. Резервуары для закалки размещаются недалеко от печи, чтобы гарантировать возможность быстрого охлаждения. Хотя чувствительность к времени закалки зависит от состава сплава, следует ограничиться интервалом 5 – 10 сек.

6.8.6.3 Обработка осаждением

Управляемое осаждение легирующих компонентов осуществляется при нагреве отливки до температуры между 150 ºC и 200 ºC. Прочность отливки и ее твердость увеличиваются. Поэтому процесс также используется для упрочнения структуры. Каждый сплав имеет оптимальный цикл термообработки.

6.8.6.4 Искусственное старение

Некоторые литейные сплавы увеличивают свою прочность и твердость при выдержке при комнатной температуре. Процесс может занимать несколько недель, но может быть ускорен, путем нагрева отливки до температуры выше комнатной и последующей выдержки при этой температуре в течение длительного периода времени. [4], [7], [39], [40]