Главная  Применение термической обработки 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [ 10 ] [11] [12] [13] [14]

ноту фазовых превращений по всему объему труб (в том числе и в сварном ссЛдинении), получить достаточно мелкое аустенитное зерно (10- 11 баллов по ГОСТ 5639-82*) и достичь высокой однородности свойств по периметру труб. Была обработана партия труб из стали 17Г1С (0,18 %С; 1,3 %Мп; 0,5 %Si) по режимам, приведенным в табл. 4.4.

Таблица 4.4. Режимы комбинированной пламенно-индукционной обработки труб из стали 17ПС

Место замера температуры

Пламенный нагрев

Термостати-рование

Индукционный нагрев

Закалка

Отпуск

т, с

г, с

/, °С

г. с

(, "С

Наружная по-

860+10

750±10

960 ±20

660±10

верхность

Внутренняя по-

640±10

750±10

940 ±20

640± 10

верхность

Трубы подвергались механическим испытаниям, результаты которых приведены в табл. 4.5. Там же для сравнения приведены свойства аналогичных труб, прошедших индукционное улучшение по режимам /зак = 950± ±20 °С, тзак=90 с; /отп=650±15°С, Тот„ = 45 с.

Таблица 4.5. Механические свойства труб из стали 17Г1С диаметром 1020 мм с толщиной стенки 6=10 мм после комбинированной пламенио-индукциониой обработки и индукционного улучшения

Механические свойства

Обработка

Основ

ной металл

Сварное соединение

а„ МПа

О0.2. МПа

Ss, %

0.. МПа

ар-"

Дж/см

Дж/см

Пламен- 685-735 560-610 18-22 50-80 25-40 655-705 40-60 20-30 но-индук-ционная

Индук- 720-730 530-550 16-20 45-55 15-20 700-710 40-60 10-20 ционное улучшение

Полученные данные свидетельствуют о высоком качестве пламенно-индукционной обработки труб, которые не только не уступают трубам, прошедшим индукционное улучшение, но даже превосходят их по некоторым параметрам (ударной вязкости, соответствующей работе развития трещин; пластическим свойствам). Совершенно очевидно, что данный вид обработки особенно выгоден для тех заводов, на которых имеются печные отделения термической обработки труб и для которых необходимо повышение качества труб и производительности процесса термической обработки. Пламеннондукционная обработка труб - в сегодняшних условиях прогрессивный и экономичный способ повышения на-

дежности и долговечности изделий. В то же время ясно, что она должна рассматриЬаться хак переходный вид термической обработки к более тонким и совершенным методам.

Одним из таких методов может быть лазерно-индукционная (или. индукционно-лазерная) обработка изделий, принципиальная технология которой прорабатывается во ВНИИ ТВЧ. По-видимому, этому виду обработки принадлежит будущее, но сегодня ои не вышел за рамки лабораторных исследований и промышленного распространения не получил.

Другим, весьма перспективным методом комбинированной термической обработки изделий является индукциоиио-плазмениая обработка. Сама по себе плазменная поверхностная обработка известна уже довольно давно. Нанесение покрытий с помощью дуговой плазмы, поверхностное оплавление керамики индукционной плазмой, плазменная обработка полимерных материалов - процессы, получившие довольно широкое распространение в промышленности. В последние годы все большее применение находит способ поверхностной обработки металлических изделий в высокочастотной индукционной плазме.

Суть способа заключается в том, что в плазменный поток, образованный с помощью высокочастотного разряда при атмосферном давлении, вводят различные материалы, испаряющиеся в зоне высоких температур (8 000- 10 000°С), переносящиеся этим потоком к обрабатываемой поверхности и конденсирующиеся на ней вследствие существенно более низкой ее температуры (менее 1000 °С). При использовании различных распыляемых материалов и плазмообразующих газов можио в результате различных плазмохимических реакций получать на поверхности обрабатываемых изделий покрытия различного химического состава. В результате такой обработки удавалось повысить поверхностную твердость до 1000-1200 HV (68-71 HRC,), а износостойкость обрабатываемых изделий - в два - четыре раза.

Было установлено, что применение плазменной обработки после ин-ду1{ционной термической обработки наиболее эффективно повышает износостойкость изделий. Кроме того, было замечено, что плазменная обработка может являться чистовой операцией изготовления изделий, так как она не портит их поверхности, не ведет к деформации и изменению размеров.

Детальный анализ изделий, подвергнутых индукционно-плазмениой обработке, показал, что она улучшает состояние поверхности изделий, обработанных токами высокой частоты. Образующийся на поверхности в первый момент напыления тонкий слой покрытия предотвращает значительный разогрев подложки плазменным потоком. От перегрева предохраняет также кратковременность пребывания обрабатываемой поверхности в зоне высоких температур (10-30 с), поскольку этого времени оказывается достаточно для получения покрытия толщиной 5-8 мкм. Незначительная глубина разогреваемого до температур фазовой перекристаллизации поверхностного слоя изделий, особенности диффузионных процессов, протекающих на границе напыляемый слой - поверхность изделия, а также специфика воздействия электрического поля на этой границе в плазменном потоке приводят к созданию в подложке высоко-



пластичного слоя с большой степенью искажения кристаллической решетки, обладающего отличным контактом со слоем покрытия и не дающего последнему хрупко разрушаться под воздействием внешних нагрузок (например, при вдавливании индентора прибора твердости).

На инструменте из сталей марок Х12М, Х12Ф1, Р6М5, имевшем после индукционной термической обработки твердость 63-65 HRC,, плазменная обработка (время нагрева - три-четыре цикла по 15 с с промежуточным подстуживанием до 200 °С; плазмообразующий газ - аргон; вводимый материал - углерод и кремний; образующееся покрытие - слой карбида и окиси кремния толщиной 4,5 мкм) позволила повысить твердость поверхности до 67-69 HRC, износостойкость - в три-четыре раза, разгаро-стойкость - в четыре - шесть раз.

В настоящее время разработаны, изготовлены и внедрены на ряде заводов страны высокоэффективные установки Для плазменного упрочнения изделий.

Не вызывает сомнений, что технический прогресс приведет к появлению новых видов комбинированной термической обработки, поскольку обычные ее виды уже не обеспечивают все возрастающих требований к качеству многих изделий, необходимых сегодня различным отраслям промышленности. Очевидно также, что во всех будущих видах комбинированной термической обработки индукционный нагрев будет по-прежнему играть основную роль, так как его возможности весьма велики и далеко еще не исчерпаны.

Глава 5. ПРАКТИКА ИНДУКЦИОННОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

5.1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИНДУКЦИОННОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Некоторые проблемы, связанные с технологией индукционной термической обработки, рассмотрены в других выпусках библиотечки. Здесь представляется уместным рассмотреть ряд вопросов, связанных с выбором температурно-временных режимов нагрева и охлаждения, методикой контроля процесса, методикой оценки и контроля качества деталей и др.

Одновременный способ поверхностной закалки предусматривает нагрев и последующее охлаждение одновременно всей закаливаемой поверхности. Конструктивно индуктор может быть совмещен со спрейером, тогда нагрев и охлаждение будут проводиться без перемещения детали.

При закалке деталей сложной формы может быть несколько участков закаливаемых поочередно одним и тем же способом. Конструкция индуктора определяется характером закаливаемой поверхности. Это может быть обычный кольцевой индуктор, если, например, надо закалить отдельные участки цилиндрического вала; может быть индуктор специальной конструкции, например при закалке по зубу и по впадине крупномодульных шестерен; могут быть разъемные индукторы, применяемые в станах

для поверхностной закалки кулачковых валиков или шеек коленчатых валов, и т. п. Некоторые рекомендации по выбору элементов конструкции сложных индукторов даны в вып. 2 и 12.

Температурный режим нагрева зависит от марки стали и интенсивности нагрева. Обычно в технических требованиях на поверхностную закалку той или иной детали формулируют данные по твердости и глубине закаленного слоя. Заданная твердость определяет выбор стали. Глубина закаленного слоя зависит в основном от выбранной частоты тока и скорости или времени нагрева. Эти параметры выбирают по графикам, приведенным в вып. 2. На основании найденного приблизительного значения времени нагрева можно установить необходимую температуру закаливаемой поверхности (табл. 5.1).

Таблица 5.1. Температура нагрева некоторых сталей при поверхностной закалке током средней частоты

Марка стали

Предварительная термическая обработка

Температура закалки • при печном иагреве, °С

Температура закалки, °С, прн сумма()Ном времени аустенитизации

Отжиг

840-860В

880-

-900

900-

-940

940-980

Нормализация

840-8608

860-

-880

-920

920-960

Отжиг

810-8308

850-

-870

870-

-910

910-950

Нормализация

810-8308

830-

-850

850-

-890

890-930

Улучшение

810-8308

810-

-830

830-

-870

870-910

35Г2

Нормализация

840-860М

880-

-920

910-

-950

950-980

Улучшение

840-860М

860-

-900

880-

-940

920-980

45Г2

Нормализация

820-840М

840-

-860

860-

-900

900-940

Улучшение

820-840М

800-

-820

820-

-850

850-900

Нормализация

830-850М

880-

-920

920-

-960

940-980

40ХМ

Улучшение

830-850М

840-

-860

860-

-900

880-920

40ХН

Нормализация

810-830М

860-

-880

900-

-940

920-960

45ХН

Улучшение

810-830М

820-

-840

840-

-880

860-900

35ХГС

Нормализация

880-900М

920-

-940

940-

-980

960-1000

40ХС

Улучшение

880-900М

880-

-900

920-

-960

940-980

ШХ15

Отжиг

830-850М

890-

-930

920-

-960

950-1000

Улучшение

830-850М

850-

-870

880-

-920

920-960

* Принятые обозначения: В - охлаждение в воде; М - охлаждение в масле.

Когда режим разработан, в технологическую карту записывают в качестве одного из показателей режима время нагрева. Однако в процессе разработки технологии общим временам нагрева пользоваться нельзя, так как кривая нарастания температуры зависит от многих частных факторов, специфических для конкретных установок. Наиболее объективным фактором является суммарное время пребывания стали в области температур выше критических точек - суммарное время аустенитизации, которое слагается из времени нагрева, периода постоянной температуры и времени подстуживания (рис. 5.1).

Действительно, если, например, нагреть поверхностный слой со скоростью в области фазовых превращений, равной 100 °С/с, до TeMnepafуры 900 °С, то время пребывания стали в этой области составит 1,5 с. Пауза




Рис. 5.1. Кинетическая диаграмма нагрева и охлаждения в процессе высокочастотной термической обработки:

Ас[ - температура начала фазовых превращений; <„к - температура закалки; точка б - иачало охлаждения; точка в - окончание фазовых превращений; отрезок а-в - суммарное время аустенитизации

порядка 0,5-0,6 с изменит получаемые результаты. Если, например, при отсутствии паузы требуется температура закалки 920-940°С, то при наличии паузы она может быть снижена до 890-920 °С. Пауза практически неизбежна в технологическом процессе закалки. Особенно это касается слоев металла, удаленных от поверхности, где температура, близкая к закалочной, может сохраняться и в начальный период охлаждения (см. гл. 2). В некоторых случаях паузу создают искусственно для выравнивания температуры при нагреве сложной поверхности или для обеспечения завершения фазовых превращений в легированных сталях. Величина паузы зависит от частоты тока. Индукционный нагрев током радиочастоты применяют для получения небольших глубин закаленного слоя. Охлаждение начинается быстро (во избежание отвода тепла в сердцевину), и пауза между нагревом и охлаждением небольшая. Соответственно температура поверхности должна быть больше, чем при индукционном нагреве током средней частоты, при котором пауза может исчисляться 0,5-1 с.

В производственных условиях измерение температуры на поверхности нагреваемого изделия представляет определенные трудности. Применение термопар практически исключено. Измерение оптическими приборами типа ОПИР дает погрешность из-за инерционности метода и влияния субъективных качеств человека. В настоящее время разработаны и выпускаются промышленностью фотоэлектрические пирометры, которые являются безынерционными и при быстром индукционном нагреве дают достаточно точные показания. Однако и измерение фотоэлектрическими пирометрами не всегда возможно. Следует отметить, что выпускаемые нашей промышленностью приборы требуют большую площадь визирования и при поверхностной закалке оказываются неприемлемыми.

Фотоэлектрические пирометры, выпускаемые промышленностью, успешно могут быть использованы при непрерывно-последовательном способе термической обработки (отжиге, отпуске, нормализации), когда изделие выходит из индуктора, не подвергаясь искусственному охлаждению, и его температура сохраняется некоторое время близкой к максимальной. При поверхностной и объемной закалке необходимо, чтобы датчик температуры мог быть каким-то образом встроен в индуктор. Таким требованиям удовлетворяет новый тип фотоэлектрического пирометра - АПИР, диаметр визира к?>горого может составлять несколько миллиметров.

При разработке технологии, когда возможно нарушение целостности детали, наиболее целесообразно применять платино-платинородиевые или хромель-алюмелевые термопары. Термопары могут быть зачеканены или приварены к поверхности изделия. При этом рекомендуется не приготовлять обычный спай термопары, а приваривать или заканчивать каждый электрод отдельно на расстоянии друг от друга 2-3 мм. Такой метод обеспечивает получение точных данных, в то время как при креплении к поверхности шарика спая погрешность измерения температуры может составлять 15 -20°С. При быстром нагреве показания термопар записываются на шлейфном осциллографе. При медленном нагреве можно применять и более инерционные записывающие приборы типа потенциометров.

В технологических картах кроме температуры фиксируют передаваемую в изделие мощность, показания приборов, характеризующих электрический режим нагрева, и общее время нагрева. Температурный показатель является факультативным, так как нет надежного метода его контроля.

В производственных условиях необходимо систематически контролировать основные параметры нагрева. Оператор или контролер должен следить за показаниями приборов, за состоянием закалочной аппаратуры.

При выборе способа и системы охлаждения следует пользоваться рекомендациями гл. 2. Некоторые конкретные примеры приведены ниже.

Контроль полученных результатов путем разрезки деталей и изучения глубины и качества закаленного слоя производится редко, так как это дорогостоящая и длительная операция. Периодичность такого контроля устанавливается технологической картой.

5.2. ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ

Коленчатые валы изготовляют из различных марок стали: 45, 50, 45Г2, 45ХН и др., а также из высокопрочного перлитного чугуна. Выбор материала определяется главным образом необходимой конструктивной прочностью вала. Поверхностная закалка шеек не должна влиять на прочность вала в целом. Глубина закаленного слоя должна обеспечивать возможность снятия некоторого слоя при чистовой шлифовке и последующих перешлифовках во время ремонта. Обычно в технических условиях закладывается глубина слоя .3-5 мм в зависимости от типа вала. Для получения высокой износостойкости поверхностного слоя твердость должна быть высокой, и названные выше материалы позволяют ее получить. Однако в заводских условиях стремятся снизить температуру нагрева, смягчить условия охлаждения, чтобы предупредить появление трещин и коробление. Поэтому твердость поверхностей шеек на стальных валах обычно не превышает 52-54 НРС»; на чугунных валах такую твердость должна иметь металлическая основа, а усредненная с учетом влияния графита твердость при этом будет 47-48 HRC,.

Микроструктура закаленного слоя должна представлять собой" мелкоигольчатый мартенсит. Это не всегда достигается при разработке



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [ 10 ] [11] [12] [13] [14]

0.0016