ТЕМА 3. Термічна обробка чавунних деталейта деталей з кольорових металів і їх сплавів

1.Термічна обробка чавунних деталей

Багато деталей виробів виготовляється з чавуну, який має високі ливарні властивості, оброблюваність, фізико-механічні властивості при низькій вартості. Основними вида­ми термічної обробки чавунних деталей є:

§     відпал низькотемпературний (штучне старіння) — проводиться при t = 500...600° С і охолодження з піччю до t= 250^o С для зняття внутрішніх напружень, підвищення в'язкості, стабілізації розмірів деталей;

■             відпал графітизуючий низькотемпературний з розпадом цементит-перліт — виконується при 680...750° С, повільному охолодженні до 250^o С для покращення оброблюваності, зниження твердості, підвищення пластичності, ударної в'язкості деталей, але при зниженні міцності;

■             відпал графітизуючий високотемпературний з розпадом вільного цементиту та часткового чи повного цементиту-перліту проводиться при t = 850...950° С і повільному охолодженні з піччю та витримці при температурі точки A_iдля покращення оброблюваності, зменшення твердості, підвищення пластичності деталей;

■             нормалізація сірого чавуну з перетворенням аустеніту в перліт здійснюється при t = 850...950° С і охолодженням на повітрі для підвищення твердості, міцності та зносостійкості деталей;

■             нормалізація деталей з відбіленого чавуну з розпадом вільного цементиту — проводиться при t =850...900° С і охолодженням на повітрі для покращення оброблюва­ності, підвищення механічних властивостей, зменшення твердості;

■             гартування чавунних деталей з перетворенням переохолодженого аустеніту — робиться при t = 850...930° С і охолодженням у воді, маслі для підвищення твердості до НВ 500, міцності та зносостійкості;

■             відпуск деталей з перетворенням залишкового аустеніту, мартенситу, укрупнення карбідної фази — здійснюється при t = 250.. .500° Ста витримкою на повітрі для знят­тя гартувальних напружень, підвищення в'язкості, пластичності, границі витрива­лості;

■             старіння чавунних деталей — відбувається при t = 500...600^o С, швидкості нагрівання 30... 150^o С/год., охолодження доt = 150...200^еСзі швидкістю 20...50^o С/год. протягом 3... 15 місяців (природне старіння) і застосовується для зняттявнутрішніх напружень і забезпечення постійності форми та розмірів, а також при тривалій експлуатації.

Хіміко-термічна обробка чавунних деталей значно розширила їх використання у ви­робах, підвищила їх фізико-механічні властивості, дозволила навіть відмовитись від використання дорогих легованих сталей. Способами такої обробки є азотування, алітування, силіціювання та інші. Середовищами насичення дифузійних шарів ча­вунних деталей є такі самі, як і для сталей. Подібні і режими хіміко-термічної оброб­ки чавунних та сталевих деталей. Але є й особливості. Одна з них — обмеження швид­костей нагрівання та охолодження для запобігання утворенню тріщин і деформацій. Для цього рекомендується повільне нагрівання чи охолодження у насичувальному середовищі разом з піччю. Азотування деталей проводиться з сірих і високоміцних чавунів, легованих хромом, нікелем, молібденом та іншими нітридотвірними еле­ментами для підвищення їх твердості до НВ600... 1000, корозійної та зносостійкості. Такі деталі попередньо відпалюють для розкладу цементиту при t = 950... 1000^o С з витримкою 4... 12 год. залежно від товщини стінки. Після відпалу проводять термічне поліпшення, а саме гартування при t =800...850°С в олії та за короткочасний відпуск. Азотування виконується при t =550...580^oС та охолодженням у печі. Тривалість об­робки — 50...70 год. Антикорозійне азотування здійснюється при t = 500...700^oС з витримкою 0,5... 1 год. Інколи азотування проводять у жевріючому розряді, що за­безпечує кращі властивості дифузійної варстви (твердіша, не крихка, краще скріпле­на з дифузійнимшаром і т.п.). Алітування чавунних деталей проводять у порошкових сумішах фероалюмінію та оксиду алюмінію при t = 950... 1000°С протягом 2...6 год. Подібно виконують хромування у твердому (витримки 10... 12 год.) або газо­вому (5 год.) середовищі, при якому одержують високу твердість до НВ 1600, жа­ростійкість й антикорозійність. Силіціювання також здійснюють при 1000... 1100° С з витримкою 20...25 год. для одержання поверхневої варстви завглибшки 0,5...0,8 мм для деталей з ковкого чавуну і - 0,1 мм - сірого. Сульфідування деталей з сірого чавуну проводиться при t = 550...600°С, витримкою до 3 год. і утворенням сульфідної варстви завглибшки до 0,3 мм. За такої обробки у першу чергу покращується оброб­люваність деталей різанням.

2.Термічна обробка деталей з кольорових металів і їх сплавів

Різні деталі виробів з кольорових металів і їх сплавів піддаються відпалу, гартуван­ню та відпуску (старінню) з метою підвищення їх механічних властивостей, одержан­ня однорідної структури, зменшення деформацій тощо. Відпал робиться для одержання рівноважного стану сплаву, з якого виготовлена деталь, з однорідним хімічним скла­дом. У результаті гартування сплавів з кольорових металів на відміну від загартованої сталі одержується нерівноважна структура та найменша твердість. Відпуск робиться для покращення механічних властивостей загартованих деталей із сплавів кольоро­вих металів.

Термічна обробка деталей з мідних сплавів передбачує відпал, гартування та відпуск. Так, температури відпалу латунних та бронзових деталей, який проводиться для змен­шення деформації та отримання однорідної структури, для більшості латуней типу Л62...Л96, ЛН65,5, ЛК60-1 становлять 600...700° С, бронзи - 600...750° С. Відпал латунних деталей для запобігання розтріскуванню проводиться за дещо нижчої тем­ператури — 270...300° С, але для гомогенізації — вже 750...770°С. Середній час відпалу латунних деталей 1... 1,5 год., бронзових 4...6 хв. на 1 мм діаметра чи товщини. Охоло­дження латунних деталей здійснюється на повітрі, бронзових — з піччю чи на повітрі. Деталі з латуні не гартуються, гартуються лише з бронзи. Температура їх гартування для Бр.Б2, БН1,7, БНТ1,9- 780...800° С,Бр.НА 14-3, Бр.НАб- 1,5 - 900° С,Бр.АЖНІО- 4-4Ш° С, а їх відпуску, відповідно 340...370° С, 160...210° С, 200...240° С. Середній час нагріву та витримки — 2...5 хв. на 1 мм січення, а часу відпуску — 4...7 хв. на 1 мм перерізу.

Деталі з алюмінієвих сплавів є найлегшими, вони мають досить високу міцність, інерційну та динамічну стійкість. За технічними ознаками алюмінієві сплави поділя­ються на деформовані та ливарні. Деформовані сплави бувають зміцнювані танезміцню- ванітермічною обробкою. До першої групи відноситься авіаль, дюралюміній та інші, до другої — сплавиАМ_ц,АМ2, АМЗ, АМ_г5 тощо. Деталі з алюмінієвих сплавів піддаються таким видам термічної обробки: відпалу, гартуванню та штучному старінню. Так, тем­ператури відпалу деталей з ливарних сплавів типу АЛІ, АЛ2...АЛ5 знаходяться в межах 225...345° С, витримка — 2...9 год., трохи вищу температуру відпалу мають деформовані сплави типуАВ, Д1, Д6...АК8, В95— 340...440°С. Гартування вказаних типів сплавів ви­конується в межах температур 430...540° С, часу витримки — 2... 15 год., температури відпуску — 145...225°С, часу витримки 2... 15 год. Після відпуску їх твердість HB 60...95. Також дещо вищі температури гартування та відпуску деталей з деформованих сплавів. З вказаних сплавів виготовляють корпуси приладів, кронштейни, різні деталі судно- та літакобудування, а з жароміцного сплавуAJI21— навіть блоки циліндрів двигунів, ло­патки гвинтів і побічні деталі.

Термічна обробка деталей з магнієвих сплавів, які у 1,5 раза легші за алюмінієві, доб­ре обробляються різанням, порівняно міцні, складається з відпалу, гартування та старіння: Т1 — штучне старіння без попереднього гартування, Т2 — відпал, Т4 - гарту­вання, Т6 — гартування з охолодженням на повітрі та старіння, Т61 — гартування з охо­лодженням у воді та старіння. Відпал деталей виконується в електричних печах з темпе­ратурою нагрівання ливарних сплавів 280...415° С, деформівних — 200...350°С, витримці 0,5 год. (лишеMJI6, Т6— 24...36 год.,MJ14, Т4 — 8... 16 год.), з охолодженням з піччю на повітрі. Гартування таких деталей виконується за різних режимів. Так, деталі зі сплаву МЛ4 гартуються від 380° С з витримкою 8... 16 год.,MJI5— від 420°С і витримкою 24...32 год., МЛ9 і МЛ10— від 540°С і витримкою 8... 12 год. Старінню підлягають деталі з ливарних сплавів при t =170...205°С і витримкою 4...16 год. Для захисту від корозії деталі анодують з подальшим нанесенням лакофарбових покриттів.

У деталях з титанових сплавів поєднуються висока міцність (σ_м = 785... 1470 МПа), добра пластичність (δ = 12...25%) з двократно більшою питомою міцністю (відношення границі міцності σ_м до густини р). Такі деталі мають високу корозійну стійкість, жа­роміцність, добре оброблюються тиском і зварюються. До їх недоліків можна віднести складність обробки різанням і низькі антифрикційні властивості. Деталі з титанових сплавів відпалюють, гартують і відпускають з метою усунення наклепу, підвищення пла­стичності, вирівнювання складу, структури, фізико-механічних властивостей.

Відпал неповний (рекристалізаційний) деталей з титанових сплавів проводиться при 550...620°С протягом 0,5...2 год. з подальшим охолодженням на повітрі. Тривалість такого відпалу становить 3...16 год. Повний відпал виконують для зниження твердості, підвищення пластичності деталей при 670...800°С. Гартуванню підлягають лише спла­ви зі структурами α + βі β. Титанові α — сплави (ВТ5, ОТ4, ВТ20) термообробці не підля­гають, а деформівні титанові α + β(ВТ6С, ВТ9, ВТ14, ВТ16) і β(ВТ15,ІВТ1, ТС6) зміцню­ються гартуванням і подальшим старінням. Деталі з цих сплавів через низьку тепло­провідність мають малу прогартовуваність і тому регламентуються допустимі швидкості нагрівання та охолодження для уникнення утворення великих залишкових напружень, короблення та тріщин. Для забезпечення рівномірного нагрівання деталі нагрівають повільно або східчасто у печах аеродинамічного підігрівання. Температура гартуванняцих сплавів t =700...930°С, старіння — 450...600°С з витримкою 1…10 год. Фізико-механічні властивості деталей з α — сплавів: σ_м = 686... 1080 МПа, δ = 10...20%, Н В 207...341, з α + βсплавів:: σ_м = 1080...1373 М Па, δ =5... 10%, а з βсплавів: σ_м = 1373... 1667 МПа, δ =4... 120%, HB 341 ...444. Деталі зі сплаві в титану використовуються в авіабудуванні (кар­каси і обшивки літаків, паливні баки, компресори), суднобудуванні (обшиття суден, гребні гвинти і т.п.), хімічній промисловості (реактори, випарні апарати, помпи) і т.д. Для корозійної стійкості застосовують покриття деталей емалями та іншими металами. Широке застосування титанових сплавів для різних деталей стримується лише їх висо­кою вартістю.