Газы и диспергированные среды

Охлаждающая способность газового потока и диспергированных с помощью газов твердых частиц определяется как средняя между охлаждающей способностью спокойного воздуха и масла [1]. Однако это оп­ределение очень неточное прежде всего из-за совершенно отличного механизма теплообмена в газах и маслах. Охлаждение в газах, как и в расплавленных солях, носит в основном конвективный характер (при высоких температурах значительную долю в теплообмене занимает также лучеиспускание), в то время как в маслах и других жидкостях с точкой кипения ниже температуры закалки только последняя из известных трех фаз носит такой же характер. С этой точки зрения сравнение скорости охлаждения в средах с такими различными тер­мокинетическими свойствами имеет смысл только для определенной температурной области на поверхности.
Некоторые марки стали характеризуются такой высокой прокаливаемостью, что их охлаждение после аустенитизации даже в спокойном воздухе достаточно для получения мартенситной структуры, если размер сечения не превышает определенного значения. Это так называемые самозакаливающиеся стали, или в случае конструкционных сталей — мартенситные. Термин закалка в газовых средах чаще всего относится к закалке в потоке различных сжатых газов, в том числе и воздуха.

Закалочная жидкость охлаждает тем интенсивнее, чем шире интервал стадии пузырчатого кипения, т.е. чем выше температура перехода от первой стадии охлаждения ко второй и чем ниже температура перехода от второй стадии к третьей.

В табл. 29 приведены температуры (примерные), разграничивающие различные стадии охлаждения, и сравнительная интенсивность действия разных закалочных сред. Кроме того, интенсивность охлаждения зависит от температуры жидкости, от ее физических свойств, вязкости, скрытой теплоты парообразования.

43. Прокаливаемость стали и методика ее определения

Прокаливаемость стали

Под прокаливаемостью подразумевают способность стали закаливаться на определенную глубину. Прокаливаемость не надо смешивать с закаливаемостью, которая характеризуется максимальным значением твердости, приобретенной сталью в результате закалки. При закалке стали в зависимости от сечения детали и критической скорости закалки будет получаться различная структура от края к сердцевине.

Так как внутренние слои детали охлаждаются медленнее наружных, то в тех объемах, где скорость охлаждения будет меньше критической, будет образовываться тростит, сорбит и т. д. Если сердцевина будет охлаждаться со скоростью, большей критической, то по всему сечению детали будет мартенситная структура. В соответствии с изменением • скорости охлаждения и структуры от края к сердцевине будет изменяться и твердость, следовательно, чем меньше критическая скорость закалки, тем больше прокаливаемость и, наоборот, чем больше критическая скорость закалки, тем меньше прокаливаемость.

Характеристикой глубины прокаливаемости принято считать расстояние от поверхности до слоя с полумартенситной структурой (50% мартенсита и 50% тростита). Твердость полумартенситной структуры зависит от содержания углерода и повышается с повышением содержания углерода.

Прокаливаемость можно определять по излому, измерением твердости по сечению образца и измерением твердости подлине образца (методом торцовой закалки).

Определение прокаливаемости по излому производится на образцах сечением 20×20 мм, длиной 100 мм с надрезом для излома. Образцы нагревают в печи до температуры закалки, после выдержки охлаждают (с соответствующей скоростью), ломают и по излому определяют глубину прокаливаемости. Этот метод применяется для определения прокаливаемости главным образом инструментальных сталей.

При определении прокаливаемости методом измерения твердости по сечению образец стали нагревают до температуры закалки, после выдержки охлаждают в воде или масле, разрезают и по диаметру измеряют твердость.

Под прокаливаемостью подразумевают, способность стали закаливаться на определенную глубину. За глубину прокаливаемости, как правило, принимают расстояние от поверхности в глубь образца до зоны с полумартенситной структурой (зоны, состоящей из 50% мартенсита и 50% троостита). Сердцевина изделия может не иметь полумартенситной структуры, в этом случае наблюдается несквозная прокаливаемость. Прокаливаемость по всему сечению или только на определенную глубину регламентируется скоростью охлаждения, которая изменяется по сечению образца. Скорость охлаждения имеет максимальное значение у поверхности и минимальное в центре (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Распределение скорости охлаждения по сечению изделия и глубина закаленного слоя Если критическая скорость охлаждения Vкр´ равна величине Vкр (рис. 9.1а), то деталь не прокаливается по всему сечению (см. заштрихованный слой). В том случае, когда скорость охлаждения в центре изделия больше Vкр, деталь получит сквозную прокаливаемость; если скорость охлаждения на поверхности меньше Vкр, то деталь не закалится даже на поверхности (рис. 9.1б). Следовательно, с уменьшением критической скорости охлаждения будет увеличиваться глубина закаленного слоя. Закаливаемость стали, зависит главным образом, от содержания углерода в стали. Прокаливаемость же определяется факторами, способствующими увеличению устойчивости аустенита при охлаждении, т.е. уменьшающими критическую скорость охлаждения. К этим факторам относятся:- химический состав стали (элементы растворимые в аустените (Si, Ni, Mn), замедляют его превращение, поэтому прокаливаемость легированной конструкционной стали, достигает 400 мм и более, а прокаливаемость углеродистой стали, даже с высоким содержанием углерода не превышает 10-15мм); - размер зерна аустенита (увеличение размера зерна аустенита замедляет его превращение, так как центры кристаллизации возникают преимущественно по границам зерен, а суммарная протяженность границ у крупнозернистой стали меньше, чем у мелкозернистой); - температура нагрева и время выдержки при данной температуре (увеличение прокаливаемости с ростом температуры объясняется ростом зерна аустенита и более полным растворением карбидов и различных включений, присутствие которых уменьшает устойчивость аустенита). В практике, однако, перегрев редко используется, так как при закалке он ухудшает механические свойства стали, вызывает коробление, поводку, трещины. Схематически зависимость прокаливаемости от перечисленных факторов представлена на рис. 9.2.

Рис. 9. 2. Зависимость прокаливаемости и Vкр от содержания углерода (% С), примесей (% Пр), величины зерна аустенита (τ3), температуры нагрева (Тнагр.), времени выдержки (τвыд.) Из рисунка видно, что глубина закаленного слоя, характе-ризующая прокаливаемость стали, увеличивается по мере понижения критической скорости охлаждения. Для практической оценки прокаливаемости пользуются величиной, которая называется критическим диаметром. Критический диаметр (Дкр) – это максимальный диаметр цилиндрического прутка, который имеет сквозную прокаливаемость в данном охладителе. Поскольку скорости охлаждения в различных средах различны, то в каждом охладителе существует свое значение Дкр для изделий из одной и той же стали. На рис.9.3 показана глубина прокаливаемости образцов из сталей одной марки, но различного сечения, охлажденных в воде и масле.

Рис. 9.3. Прокаливаемость прутков различного размера при закалке в воде и масле (заштрихована незакаленная сердцевина) Существует понятие идеальный критический диаметр (Дид.). Это – диаметр максимального сечения, прокаливаемого насквозь в «идеальной» жидкости, отнимающей тепло с поверхности с бесконечно большой скоростью. Таким образом, Дид. позволяет избежать влияния скоростей охлаждения на прокаливаемость. Существует несколько способов, изучения прокаливаемости стали. Метод пробных закалок цилиндрических образцов с кольцевым надрезом по середине длины образца заключается в следующем. После закалки образцы ломают, измеряют твердость и строят кривые изменения твердости от поверхности в глубь образца. Этот способ применим только для изучения прокаливаемости углеродистой и низколегированной стали. Метод торцовой закалки образцов в обмазке, которая предохраняет изделие от подкаливания на воздухе, пригоден для большего числа легированных сталей. Метод определения прокаливаемости глубоко прокаливающих легированных сталей заключается в том, что образцы, нагретые до оптимальной температуры, переносят во вторую печь с температурой 300-3500С для торцовой закалки; вторая печь предохраняет образцы от воздушного охлаждения.

44. Последовательность выбора охлаждающей среды в процессе закалки структура

59. Влияние легирующих элементов Аcl. Ac3.Acem.Ms.Vcrt,Mf.

60. Особенности термической обработки легированной стали

Термическая обработка легированных сталей по сравнению с обработкой углеродистых имеет ряд технологических особенностей. Эти особенности заключаются в различии температур и скорости нагрева, длительности выдержки при этих температурах и способе охлаждения.

Критические температуры у одних легированных сталей выше, у других - ниже, чем у углеродистой стали. Все легирующие элементы можно разбить на две группы: элементы, повышающие критические точки Ас1 и Ас3, а, следовательно, и температуры нагрева при термической обработке (отжиге, нормализации и закалке), и элементы, понижающие критические точки. К первой группе относят Си, V, W, Si, Ti и другие элементы. В связи с этим отжиг, нормализацию и закалку сталей, содержащих перечисленные элементы, производят при более высоких температурах, чем отжиг, нормализация и закалка углеродистых сталей. Ко второй группе относят Mn, Ni и другие элементы.

Для легированных сталей требуется несколько большее время выдержки, так как они обладают худшей теплопроводностью. Длительная выдержка необходима также для получения лучших механических свойств, поскольку она обеспечивает полное растворение легированных карбидов в аустените.

Скорость охлаждения при термической обработке устанавливают в соответствии с устойчивостью переохлажденного аустенита и значением критической скорости закалки. Практически многие легированные стали закаливаются на мартенсит в масле, т. е. при меньшей скорости охлаждения, чем углеродистая сталь. У высоколегированных сталей, если они к тому же содержат большое количество углерода, способность к самозакаливанию выражена очень сильно, у низколегированных и малоуглеродистых сталей - слабее. Это объясняется большой стойкостью аустенитных зерен к превращению их при температуре Ас1 в зерна перлита.

Легированная сталь обладает большей прокаливаемостью, чем углеродистая. Чем выше степень легированности сталей, тем более глубокой прокаливаемостью они обладают. Из легированных инструментальных сталей особый интерес представляют быстрорежущие стали, широко используемые для изготовления режущего инструмента.

Вольфрам, в быстрорежущей стали – основной легирующий элемент. Благодаря его высокому содержанию закаленная сталь не теряет режущей способности при высоких температурах. Вольфрам придает, быстрорежущей стали красностойкость.

Ванадий является сильным карбидообразующим элементом и создает прочные карбиды, которые затрудняют рост зерна при нагреве под закалку и уменьшают склонность стали к перегреву. Под влиянием ванадия увеличивается красностойкость быстрорежущей стали и повышается эффект вторичной твердости при отпуске, заключающийся в том, что если отпуск такой стали повторить несколько раз, то можно обеспечить полное или почти полное превращение остаточного аустенита в мартенсит. Это несколько увеличивает твердость по сравнению с закаленным состоянием.

Углерод в быстрорежущей стали очень важен как элемент, придающий стали способность закаливаться на высокую твердость. Хром в количестве около 4% настолько сильно понижает критическую скорость закалки, что сталь становится «самозакаливающейся», т. е. закаливается на воздухе. При содержании хрома выше нормы резко увеличивается количество остаточного аустенита в структуре закаленной стали, что приводит к снижению стойкости инструмента. В быстрорежущей стали содержатся марганец и кремний (не более 0,4% каждого), сера и фосфор (не свыше 0,06% в сумме).

Изделия из быстрорежущей стали до температуры закалки необходимо нагревать ступенчато: вначале медленно до 800-850°С, а затем более быстро до установленной температуры закалки (1230-1300°С). Такой способ нагрева позволяет избежать тепловых напряжений за счет уменьшения разности между температурами поверхности изделия и сердцевины металла. В качестве охлаждающей среды используют минеральное масло. Структура закаленной быстрорежущей стали представляет собой сочетание мартенсита, остаточного аустенита и сложных карбидов.

После закалки изделия из быстрорежущей стали обязательно подвергают отпуску. Отпуск таких сталей имеет свои особенности. Как правило, изделия подвергают многократному отпуску (два-три раза) при температуре 560°С для стали Р9 и 580°С Для стали Р18 с выдержкой 1 ч. Если после закалки применяют обработку холодом при температуре -80°С, то выполняют только один отпуск. Объясняется это тем, что при указанной отрицательной температуре в быстрорежущих сталях заканчивается бездиффузионное мартенситное превращение – основная часть остаточного аустенита превращается в мартенсит. Таким образом, после термической обработки структура быстрорежущей стали представляет собой отпущенный мартенсит и карбиды.

61. Корозионныо-стойкие, жаростойкие и окалиностойкие стали,их свойства, состав и назначение

Коррозионностойкими (нержавеющими) называют стали, обладающие стойкостью против электрохимической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой, морской и т.д.) т.е. антикоррозионностью. Коррозионностойкие стали и сплавы применяют для изделий, работающих в агрессивных средах.

Низколегированные стали неустойчивы против коррозии. С повышением температуры скорость образования коррозии значительно возрастает. Введение некоторых легирующих элементов повышает антикоррозийные свойства сталей (сплавов). При оптимальном сочетании легирующих элементов можно создавать композиции, практически не корродирующие в данной среде. Так при введении в сталь 12% Cr достигается ее антикоррозионность в атмосфере и других средах. Стали и сплавы, содержащие менее 12% Cr, не являются коррозионностойкими, а содержащие более 12-14% Cr - нержавеющими. Введение Ni в железохромистые сплавы повышает кислотостойкость. Присадка Mo к хромоникелевым сталям также повышает коррозионностойкость в сульфитных средах. Дополнительное легирование Cu повышает антикоррозионность в кислых средах при повышенных температурах.
В зависимости от химического составаи структуры коррозионностойкие стали могут быть: мартенситного, мартенситно-ферритного, ферритного, аустенитно-ферритного, аустенитно-мартенситного и аустенитного классов.

Поиск по сайту: