Термообработка отливок

Заготовки, получаемые отливками, являются самыми простыми, надёжными и соответственно распространёнными методами получения заготовок сложной геометрической формы или когда заготовка нужна из специфических марок материалов, которые затруднительно найти прокатом.

Отливки можно получить практически любых материалов: цветные сплавы, стали, чугуны и т.д. В данной статье рассмотрим приёмы улучшения свойств отливок методами термообработки. Технология литья подразумевает расплавление металла и в жидком (текучем) состоянии разлить его в заранее приготовленные формы. Микроструктура отлитых и остывших заготовок имеет крупнозернистую структуру, преимущественно зерна крупнопластинчатого перлита или сетку феррита. Одним из наиболее частых дефектов является видманштеттова структура. Такая структура образуется при значительном перегреве в момент заливки.

Из-за крупнозернистой структуры внутренних напряжений и других специфических дефектов, свойственным отливкам прочность и пластичность отлитой стали низкая, а твёрдость высокая, что не затрудняет их механическую обработку. Химический состав по структуре неоднороден, присутствует дендритная ликвация.

Чтобы исправить или минимизировать дефекты, отливки подвергают термической обработке. До термической обработки отливку зачищают и отрезают прибыли и литники и только потом направляют на термообработку. Термическую обработку отливок производят для снятия внутренних напряжений, выравнивания, измельчения и изменения их структуры в целях повышения прочности, пластичности, твёрдости, их эксплуатационной надёжности. Повышенная температура способствует интенсификации диффузионных перестроений и приведения структуры в приемлемую для дальнейшей эксплуатации форму. Данный вид термообработки называется отжиг .

Нагревать заготовки предусматривается выше точек Ас3 или Ас1 , на (30-50° С) температурная выдержка с последующим медленным охлаждением.

Время на нагрев отливок под отжиг задают по формуле: Тотж=(К*D) *1,25

• Где К это коэффициент, отражающий примерное время на прогрев, который выбирается в диапазоне 1—2 мин на 1 мм сечения.
• значение D это диаметр или наименьший размер самого большого сечения изделия.

Дополнительно необходимо учесть время на диффузионные перестроения в пределах 25% от времени нагрева.

Таким образом, если отливка в виде прутка диаметром 150мм, то время на термообработку, ориентировочно, составит Т= (1,5*150)*1,25= 281мин.

Изделия простой формы из легированной стали подвергают нормализации с последующим высоким отпуском. Если детали небольшие, простой формы, без значительных переменных сечений, то их можно подвергать закалке с последующим отпуском на нужную твёрдость. Структура после отжига или нормализации становится мельче.

Где: а) — нагрев немного выше точки Ас1 (частичное образование аустенита); б) — нагрев выше точки Ас3 (аустенит с сохранением ориентационных связей с исходной структурой); в) — начало рекристаллизации аустенита; г) — полная рекристаллизация.

Тонкостенные отливки для ответственных изделий

На практике для минимизации дефектов отливок со стенками до 25мм из углеродистых сталей для особо ответственных изделий рекомендуется произвести термообработку в несколько стадий. Первоначально заготовку подвергают нормализации с нагревом и выдержкой до 960-970 °С, следующим этапом проводят закалку с охлаждением в воде с температуры 840 °С, после чего высокий отпуск при 600 °С. Термообработка в несколько операций минимизирует дефекты, но при этом повышает себестоимость изделия в целом и должна быть экономически оправдана.

Толстостенные отливки для ответственных изделий

Изделия с сечением стенки, превышающей 50мм, подвергают нормализации с последующим высоким отпуском, что позволяет повысить ударную вязкость в 1,5-2,0 раза. Для улучшения массивных отливок, имеющих крупную дендритную структуру и внутрикристаллитную ликвацию, проводят диффузионный (гомогенизирующий) отжиг в диапазоне температур 960-1000 °С. Следующим этапом проводят традиционный отжиг или нормализацию.

Отливки из легированных сталей для ответственных изделий

Наличие легирующих элементов затрудняют дробление крупнозернистой структуры, поэтому легированные стали нагревают на более высокие температуры 1100-1150 °С

Для исправления дефектов отливок легированные стали подвергают высокотемпературному отжигу. Только при высокой температуре происходит полная рекристаллизация аустенита (рис. 1). Чтобы добиться высоких механических свойств и хорошей пластичности проводят термообработку в несколько операций. Первоначально проводят диффузионный отжиг или высокотемпературную нормализацию с длительной выдержкой, порядка 10-15 часов под прохождение диффузионных процессов. Затем проводят обычный отжиг на температуру Ac3 (30-50 °С) с целью уменьшения зернистости. Окончательные свойства и твёрдость легированные стали получают при проведении закалки на масло, с последующим отпуском.

График нагрева под закалку и отпуск должен быть ступенчатым и учитывать отпускную хрупкость.

Для обеспечения равномерного обогрева садку в печи размещают на специальных стальных возвышениях, относительно пода, (лёжках), а заготовки рекомендуется размещать на равномерном удалении относительно горелок.

Вторым желательным условием для эффективной ковки это увеличенная, относительно печей для термообработки, мощность печей для нагрева под ковку. Чем ближе скорость нагрева к допустимой, тем меньше времени проводится процесс нагрева и соответственно меньше образуется угара металла (окалина), минимизируется обезуглероженный слой и дефекты в виде флокенов. Величина зернистости стали напрямую зависит от времени нахождения заготовки при повышенных температурах.