189. Основные технические характеристики ротаметров

190. Огнеупоры, имеющие удовлетворительную стойкость углеродистых средах (эндогаз, вкзогаз, цементационная среда)

Технические характеристики труб центробежного литья для реторт из стали марки Х18Н25С2, применяемых для эндогенераторов, приведены в табл. 188. Основные характеристики ротаметров даны в табл. 189, данные по стойкости огнеупоров в различных атмосферах приведены в табл. 190.

ГЛАВА XI

БЕЗДЕФОРМАЦИОННАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

45. Источники деформации изделий

При изготовлении деталей машин деформации неизбежны. Они образуются главным образом из-за внутренних напряжений, возникающих при (юрмообразовании отливок, горячей и холодной штамповке, механической обработке и сварке. Деформации образуются также при транспортировании изделий. Наибольшие деформации имеют место при термической обработке как в результате собственных напряжений (термических и структурных), так и за счет релаксации ранее имевшихся в изделии напряжений, возникших на различных технологических этапах при изготовлении детали до выполнения термической обработки.

Внутренние напряжения. К ним следует отнести временные (структурные и термические) напряжения, возникающие в процессе термической обработки, и остаточные, образующиеся в изделии на предыдущих этапах его изготовления, главным образом при (юрмообразовании (литье, штамповке, механической обработке и др.).

При термической обработке наиболее опасными напряжениями, приводящими к деформациям, являются структурные, возникающие в процессе фазовых превращений вследствие разных удельных объемов исходных и образующихся фаз.

Фазовые превращения в стали вызывают следующие изменения объема (%) при переходе:

сфероидизнроваииого перлита в аустенит ..... 4.64 + 2,21 X (%С)

аустенита в мартенсит .............. 4.64 - 0,53 X (%С)

сфероидизнроваииого перлита в мартенсит..... 1,68 х (%С)

аустенита в иижиий бейиит............ 4,64 - 1,43 X (%С)

сфероидизнроваииого перлита в нижний бейиит . . . 0,78 х (%С)

аустенита в верхний бейнит ........... 4,64 - 2,21 х (%С)

сфероидизнроваииого перлита в верхний бейнит ... О

Из приведенных данных нетрудно видеть возможность возникновения значительных напряжений в процессе фазовых превращений при термической обработке. Указанное положение подтверждается практикой термической обработки. При закалке изделий из среднеуглеродр: стых марок стали увеличение объема составляет 0,85-1,0%, -а для высокоуглеродистых - эта цифра снижается до 0,1-0,3 %. Увеличение объема при закалке изделий из среднелегированных марок стали составляет 0,3-0,5 %.

Неравномерность нафева и охлаждения изделий. Неравномерность нагрева имеет место при неправильной конструкции Или пЛоХом изготов*

лении газовых или электрических печей, в которых поверхности изделий нагреваются неравномерно с большим перепадом температур.

При закалке неравномерность нагрева и охлаждения нередко приводит к браку по деформациям вследствие нарушения одновременности охлаждения по сечению изделия. Например, в процессе закалки при погружении плашмя в охлаждающую среду изделий типа стержне/i (сверла, ножи и др.).

Действие собственной массы изделий при нагреве и выдержке. В области высоких температур сталь становится настолько пластичной, что может деформироваться под действием собственной массы или массы вышележащих изделий. Изделия большой протяженности и малого сечения при нагреве печи вследствие неровности пода могут в области высоких температур провисать под действием собственной массы. Чтобы избежать этого, подобные изделия нагревают в шахтных печах или ваннах в вертикальном положении. Однако при нагреве изделий сложной конфигурации с выступами консольного типа или при загрузке изделий в печь в несколько рядов такие деформации неизбежны. Провисание деталей под действием собственной массы усиливается при переходе через критические точки вследствие явления сверхпластичности материала.

Выше были рассмотрены основные источники, вызывающие деформации в процессе термической обработки. Следует также рассмотреть некоторые факторы, уменьшающие или усиливающие деформации.

Прочно cjrb материала изделий влияет на образующиеся деформации как при нагреве, так и при охлаждении. Изделие, изготовленное из более прочного материала, менее склонно к деформациям при прочих равных условиях, чем изделие, изготовленное из менее прочного материала.

Размер зерна, образующегося в изделии при нагреве под термическую обработку, влияет на возникающие деформации. Крупное зерно приводит к повышенной деформации, что связано, по-видимому, с двумя обстоятельствами - увеличением прокаливаемости и снижением прочности материала. Результаты систематических наблюдений за сталью марки 20ХНМ показывают, что при изготовлении конических шестерен со спиральным зубом ведущего моста автомобиля ГАЗ-51 наибольшие деформации после термической обработки имели место при применении стали крупнозернистых плавок, когда за предел допуска по деформациям выходило 36 % шестерен, тогда как шестерен из стали с мелким зерном аустенита отсеивалось 3,6 %, т. е. в десять раз меньше.

Форма издели й-оказывает существенное влияние на деформации, которые образуются при термической обработке. Изделия сложной несимметричной формы с выступами склонны к деформациям н делают нередко невыполнимым получение заданных механических свойств. Для создания технологичной формы изделий с целью получения минимальных деформаций при термической обработке должны учитываться следующие основные требования: необходимо избегать в изделиях острых углов, резких переходов, большой разницы в сечении, консольных выступов и глухих отверстий; для выравнивания или уменьшения напряжений приходится вводить дополнительные симметричные отверстия, шпоночные канавки, выступы и т. п.

Скорость охлаждения при термической обработке должна быть оптимальной или незначительно превышать критическую. Значительное превышение критической скорости охлаждения приводит к возрастанию термических напряжений и к увеличенным деформациям, а иногда и трещинам. Поэтому подбор оптимальных закалочных сред приобретает актуальное значение.

46. Методы преодоления деформаций

Деформации при термической обработке неизбежны. В зависнмоети от многих обстоятельств, рассмотренных выше, они отличаются лишь величиной. При бездеформационной термической обработке деформации также будут, но они настолько малы, что не имеют практического значения, поэтому и применяется термин бездеформационная термическая обработка .

Многолетним опытом машиностроительных заводов разработаны способы и приемы предупреждения или уменьшения деформаций в процессе термической обработки изделий. Для удобства изложения эти способы разделим на две группы: способы, предупреждающие деформации, и способы, уменьшающие или ликвидирующие деформаций.

К первой группе относится:

1) создание технологичных форм изделий;

2)- применение легированных и специальных марок стали, не требующих резкого охлаждения при закалке;

3) увеличение припусков на механическую обработку.

При создании технологичной формы изделий деформации можно значительно снизить. Однако во многих случаях конструкторы проектируют детали без участия технологов-термистов, что нередко приводит к созданию нетехнологичных конструкций изделий.

В тех случаях, когда с целью уменьшения деформаций невозможно создать технологичную форму изделия, применяют легированные марки стали с малой критической скоростью закалки, которые позволяют получать заданные физико-механические свойства в процессе закалки при небольших скоростях охлаждения - в масле или на -воздухе. В последнее время широко применяются высоколегированные мартенситостареющие марки стали. Ввиду того, что максимальное упрочнение такой стали достигается в процессе старения при 450--500 °С, изделия, изготовленные из этих марок стали, не склонны к деформации.

Увеличение припусков иа изделиях при термической обработке позволяет уложиться с деформациями в пределы припуска на последующую механическую обработку, при этом сопротивляемость деформации в процессе термической обработки возрастает, так как изделие из-за увеличенных припусков становится более жестким . Этот простой и давно применяемый технологами способ, однако, нельзя назвать удовлетворительным, так как увеличение припусков сдерживает широкое внедрение в промышленность прогрессивных способов формообразования изделий-. точного литья, точной штамповки и др. При увеличении припусков возрастает трудоемкость- механической обработки и снижается качество и долговечность изделий, так как в стружку удаляются наиболее качественные слои металла, переходящие из слитка в деталь. Поэтому, при наличии других более прогрессивных способов предупреждения деформаций увеличения припусков на механическую обработку деталей следует избегать.

Ко второй группе относятся способы, уменьшающие или ликвидирующие деформации.

Закалка под давлением. Этот способ находит широкое применение в условиях массового и крупносерийного производства. Он требует применения специализированного закалочного оборудования - закалочных прессов, предусматривает фиксирование формы изделия при закалке в прессе с одновременным охлаждением в соответствующей закалочной среде. Закалка под давлением применяется дя шестерен, дисков, распределительных валов и др. Форма при закалке может

фиксироваться одновременно по различным плоскостям в зависимости от конструкции применяемого штампа; например, прн закалке шестерен форма фиксируется одновременно по зубу, внутреннему диаметру и торцу.

В табл. 191 приведены типы и характеристика закалочных прессов, применяемых для закалки под давлением.

Закалка в горячих средах. Еще основоположники научного металловедения П. П. Аносов и Д. К. Чернов показали, что выдержка Закаливаемой стали при температуре около 200 °С с дальнейшим охлаждением на воздухе снижает деформации и улучшает механические свойства. Этот внд термической обработки, получивший в дальнейшем название изотермической нли ступенчатой закалки, получил широкое распространение. В практике термической обработки чаще применяется ступенчатая закалка с промежуточным охлаждением в расплавленных щелочах или солях.

Применение изотермической закалки не всегда удобно из-за длительности процесса. Скорость охлаждения после изотермической выдержки влияет на величину образующихся деформаций. Наилучшие результаты достигаются при охлаждении на воздухе, несколько худшие - при охлаждении в масле: охлаждение в воде не рекомендуется из-за возникающих значительных напряжений. Закалка в горячих маслах требует применения специальных масел с повышенной темпе-)атурой вспышки применительно к данному оборудованию и деталям. 1ри этом закалочные баки должны быть укомплектованы индивидуальными маслоохладительными установками.

Как показала практика заводов, прн закалке в горячих маслах наилучшие результаты по деформациям получаются при температуре Масла 110-130 °С для термоулучшаемых марок стали и 50-80 °С для цементируемых марок стали.

Совмещение термической обработки с вращением. Этот способ широко применяется для изделий типа валов. Рассмотрим в качестве примера азотирование коленчатых валов, совмещенное с их вращением в течение всего процесса. Крупногабаритные коленчатые валы длиной до 4 м устанавливаются на специальных стендах, смонтированных в печи типа СН.\ с размерами рабочего пространства 3 X 4,5 X 2 м. На каждый стенд устанавливается три коленчатых вала. Стенд имеет механизм вращения, обеспечивающий вращение валов в течение всего процесса азотирования, продолжающегося 90 ч. Вращение валов при азотировании почти полностью исключает деформации. После азотирования и легкого полирования шеек коленчатые валы устанавливаются на дизеле. Широко применяется вращение распределительных валов в роликовой машине при закалке их в масле, при этом возникают незначительные деформации.

Холодная и горячая плавки. Этот способ уменьшения нли полной ликвидации деформации после термической обработки нельзя назвать прогрессивным. Правка - трудоемкая операция, она нередко приводит к поломке изделий. Холодная правка изделий снижает предел усталости до 20 %. После правки снижается также пластичность металла. Говоря о недостатках правки, следует отметить, что изделия после холодной правки в процессе последующего нагрева на снятие напряжений деформируются. Таким образом, правка изделий не может быть рекомендована для широкого внедрения в производство.

- Применение промежуточных отжигов. Этот способ уменьшения деформаций, возникающих в процессе термической обработки, весьма радикален и в настоящее время находит все большее применение. Прн механической обработке (перед термической обработкой) в поверхно-

ии ИИИЭЖОГГОи H0I.I4d>)

-ее a иивхэомэои ииин

-dOUO ЛИЖЭИ 3HHB0X0DEd

ии вноэивхи ttox

Д X

X га о

S X

М X S

to pc я

я a: s

co b3 у

S я h 1

(0 у

Веша

со .д S (у к Ч S Ч а> о. О О. к

л 41

Ч н

ЙС о <о у с-

¥Л

к1 в д

пя S ч

§1.

вегп

-ЧИЭИИЕИ

ИИ ВИ1ГЭеИ ОЛОИЗВЫИГГЕМ

-ее еиип1го1 ввтчхгориен

о я

ш I S я

-siBdBm -DBd Еэд

HairaiHd -Hmoed э

-ЧНЭИИЕН

-qirophbh

Ч о.

- ю