из аустсиита начинает выделяться феррит. По мере понижения температуры с 910 до 723°С количество феррита непрерывно увеличивается, а количество аустенита уменьшается. Поскольку общее (среднее) содержание углерода в сплаве остается постоянным, то чем больше из твердого раствора выделится феррита, тем выше становится концентрация углерода в остающемся аустепите. При температуре 723°С содержание углерода в феррите достигает 0,8%, и в точке S аустепит распадается на перлит, т. с. тонкую механическую смесь феррита и цементита. Сталь с содержанием углерода ниже 0,8% называется доэптсктоидпой, при содержании углерода 0,8%-эвтектоидпой, н при содержании углерода выше 0,8% - заэвтектоидной.

Линия PSK показывает распад аустенита, оставшегося в любом сплаве системы, с образованием перлита. Линию PSK называют линией перлитного (эвтектоид-ного) превращения.

§ 6. ТЕР.ЧИЧПСКЛЯ ОБРЛБОТКу\ ГЯ.\ЛИ Н ЧУГУНА

Под термической обработкой понимаются процессы нагревания и охлаждения для изменения физических, механических и технологических свойств сплава. Термическая обработка заключается в изменении структуры сплавов путем нагревания их до температуры выше критической г последующего охлаждения с той или иной скоростью.

Основой термической обработки являются процессы вторичной кристаллизации в стали, происходящие при различных температурных режимах. Термической (тепловой) обработкой стали достигается весьма значительное изменение ее свойств при пеизмешюм химическом составе. Поэтому термическая обработка является распространенным и важным видом обработки металлов.

Основные операции термической обработки. В зависимости от температуры и режима охлаждения термическая обработка подразделяется на отдельные самостоятельные операции: отжиг, нормализацию, закалку и отпуск. Режим термической обработки в общем виде можно показать на графике (рис. 8).

При термической обработке изделия нагревают в пламенных печах, электропечах, а также в печах-пап-иах.

Рис. 9. Изменение ст1)уктуры при отжиге

Рис. 8. График режямо» термической обработки

/ - охлаждение с печью (отжиг); 2 - охлаж.генне иа вэтдухе (нормализация); а -охлаждение в воле или масле (закалка)

Пцсчичшт

Ирипшнешя

перлита Iffo отжига) перштшсш отжит)

Отжигом называют нагревание и медленное охлаждение стали. Отжиг при.меняют для измельчения зерна, улучшения механических свойств стали, а также для уменьшения в ней внутренних напряжений.

Полным отжигом называют нагрев стали до температуры, превышающей критическую на 20-30°С и последующее медленное ее охлаждение (вместе с охлаждающейся нагревательной печью). При нагреве а-железо переходит в у-железо. При этом цементит, содержащийся в стали, разлагается и переходит в аустенит (твердый раствор углерода в у-желсзе). Последующее медленное о.члаждение закрепляет мелкозернистую мя1т<ую структуру. После отжига сталь имеет перлитную структуру (рис. 9).

Ди()фузионный отжиг применяется для выравнивания химического состава стального изделия. Рекристаллиза-иионный отжиг происходит при 500-550°С. Возврат (отдых) стали (нагрев до 200-400°С) применяют для уменьшения или снятия наклепа. Например, возврат производится для проволоки, приме)1яемой при навязке Соединительных головок на пожарные рукава.

Нормализация - термическая обработка, подобная отжигу, но с более быстрым охлаждением изделий, которое производят па воздухе или в нагретом масле. Нагрев металла ведется до полной рекристаллизации. Вследствие нормализации сталь приобретает мелкозср-

нистую структуру, повышенную прочность и более высокую твердость, чем при отжиге. После охлаждения на воздухе структура стали становится сорбитовой, а при охлаждении в горячем .масле--трооститовой.

Закалка. Закалкой называют нагрев стали до температуры, прсвышагошей критическую на 30-50°, выдержку при этой температуре и последующее быстрое охлаждение в воде, растворах солей или масле.

После закалки повышается прочность конструкционных сталей, увеличивается твердость и режущая способность инструментальных сталей.

При нагреве стали получается твердый раствор углерода в Y-железе, а при последующем быстром охлаждении сохраняется твердый раствор углерода, только не в у-железе, а в а-железе, при этом раствор становится пе-рснасыщепным. Эта структура, называемая мартенситом, придает стали твердость, прочность, хрупкость, сопротивление истиранию. Чем выше скорость охлаждения, тем более хрупким и твердым становится металл.

При медленно.м охлаждении эвтектоидной стали происходит полное распадение аустенита с образоваииом перлита. Распадение состоит из следующих этапов:

1) превращение у-железа в а-железо, т. е. перегруппировка атомов из решетки гранецептрироваппого куба у-железа в решетку центрированного куба а-железа с одновременным смещением атомов углерода, находящегося в твердом растворе у-железа;

2) выделение из твердого раствора (аустенита) мел1>-чайших частиц цементита (РсзС);

3)укрупнение частиц пемептита в пластинки, размеры которых измеряются от малых долей микрона до нескольких миллиметров.

При ускорении охлаждения до 50 град/с распадение аустенита не успевает закончиться, размеры пластинок цементита достигают лишь десятых долей микрона - это структура сорбита.

При ускорении охлаждения до 100 град/с полностью успевает завершиться лишь второй этап распадени аустенита, третий этап останавливается в самом начале. В результате размеры пластинок цементита измеряются стотысячны.ми и миллионными долями миллиметра. Такая структура носит название троостита.

Сорбит и троостит представляют собой, как и перлит, механическую смесь феррита и цементита. Разница за-

ключается только в толщине пластинок феррита и цементита: в троостите они тоньше, а в сорбите толше.

При скорости охлаждения 200 град/с успевает завер-П1иться лишь перегруппировка атомов железа, поэтому углерод остается в а-железе в виде твердого раствора. Эта стр\кт\ра называется мартенситом (рис. 10).

Рис. 10. Виды структур стального изде.шя в зависи.мости от скорости охлаждения

Мартенсит - самая твердая, и самая хрупкая структура. Пластические свойства при растяжении и ударная вязкость близки нулю. Плотность мартенсита мегп.ше, чем плотность других структур, и составляет 7,75 г/см. В связи с увеличением объема стали при мартенситном превращении возникают напряжения, особенно при неравномерном охлаждении детали. Мартенсит обладает магнитными свойствами и способностью сохранять остаточный магнетизм. Заготовки .магнитов закаливают на мартенсит. •

Троостит и сорбит являются промежуточными структурами между перлитом и мартенситом.

Свойства структур не эвтектоидной стали отличаются от свойств тех же структур эвтектоидгюн стали в зависимости от содержания углерода.

Необходимо отметить, что пизкоуглеродистые стали с содержанием углерода менее 0,4% закалке не подвергают.

Легированную сталь закаливают для повышения ее магнитных свойств и сопротивления коррозии.

Закалепцая сталь отличается напряженным состоянием, которое является следствием быстрого охлаждения

наружного слоя изделия и преобразованием структуры. Детали, выполненные из закаленной стали, отличаются повышенной хрупкостью и образованием трещин. Вот почему закалка должна сопровождаться отпуском.

Отпуском называют нагрев закаленной стали до температуры 723°С, выдержку при этой температуре и последующее охлаждение па спокойном воздухе, в масле или воде.

Практика показывает, что с повышением температуры отпуска всё больше П01шжается твердость закаленной стали. Поэтому в целях сохранения высокой твердости инструментальные стали подвергают низкому отпуску при температуре нагрева 180-220°С, который снижает хрупкость и внутренние напряжения.

Закаленные конструкционные стали, работающие в условиях повышенных нагрузок, подвергают среднему отпуску при температуре нагрева 300-400°С. Для закаленных конструкционных сталей, которые работают при больших напряжениях и ударных нагрузках, применяют высокий отпуск при температуре нагрева 500-600°С.

Термическая обработка металлов широко используется при изготовлении и ремонте пожарно-технического вооружения. Так, при навязке пожарных рукавов на соединительные головки стальную проволоку для размягчения и повышения вязкости подвергают отжигу; рабочие части пожарпого инструмента (ломы, багры, крюки) -закалке с последующим средним отпуском при температуре 275-285°С.

Вал насоса ПН-60, изготовляемый из стали 40Х, закаливают с последующим отпуском. Ось пpoмeжyтoчнoJЙ шестерни КОМ-68, изготовляемую из стали 45, подвергают поверхностной закалке токами высокой частоты.

Сталь марок ЗОГ, 30Г2, 40Г и 40Г2 для улучшения ее качества закаливают охлаждением в воде или масле (в зависи.мости от формы и размеров изделий) на 30-40°С BbiHie критической температуры и отпускают при 450- 650°С (в зависимости от заданной твердости). Сталь применяют для изготовлегшя коленчатых валов, полуосей и рычагов.

Сталь 50Г и 50Г2 охлаждают в масле при аналогичном режиме. Используют при изготовлении осей, коленчатых валов, червяков, шатунов, рессор.

На сталелитейных заводах выпускают шарикоподшипниковую сталь ШХ6, ШХ9, ШХ12, ШХ15. Для улуч-

ше1П1Я обрабатываемости и подготовки структуры к дальнейшей обработке шарикоподшипниковую сталь отжигают на зернистый перлит в течение 10-15 ч при температуре 780-800°С и медленно охлаждают. Закаливают при температуре 800-850°С с охлаждением в воде или масле и отпускают при 180-200°С.

Поверхностная закалка, В отличие от обычных методов закалки, когда структура изменяется на значительной глубине, применяется также закалка с изменением твердости только в поверхностном слое изделия. При этом сердцевина изделия остается нетронутой и, следовательно, более вязкой, чем наружный закаленный слой.

Такая неоднородная структура стали необходима для деталей, работающих па износ в условиях ударных нагрузок (зубчатые колеса редукторов пожарных автомобилей, насоса ПН-.1200 и механизированного инструмента, коленчатые валы двигателей внутреннего сгорания, валы насосов).

При поверхностной закалке наружные слои изделия подвергаются местно.му кратковременному нагреву и последующему быстрому охлаждению в воде или другой охлаждающей среде.

Нагрев можно осуществлять пламенем кислородно-ацетиленовой горелки или токами высокой частоты.

Обработка холодом - это процесс охлаждения подвергнутых закалке и отпуску изделий до температур, ле-жапщх ниже нуля (от -40° до -120°С). Отрицательные охлаждающие температуры создают жидким кислородом, жидким воздухом, смесью сухого льда (твердый СОо) с ацетоном или спиртом.

В результате обработки холодом повышается твердость, прочность и износостойкость деталей. Этому виду обработки подвергаются режущий и измерительный инструмент, шариковые подишпники.

§ 7. ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКЛЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

Химико-термической обработкой стали называется термическая обработка, связанная с изменением химического состава поверхности стальных изделий.

Рассмотрим отдельные виды химико-термической обработки.

Цементация - процесс насыщения стального изделия углеродом для получения высокой поверхностной твер-