Механические свойства ВЧШГ после термической обработки

Поверхностную закалку с нагревом с помощью токов высокой частоты применяют для повышения поверхностной твёрдости и износостойкости чугун­ных отливок. Поверхностной закалке рекомендуется подвергать перлитные чугуны. Это объясняется тем, что при нагреве перлитных чугунов нет необходимо­сти в насыщении аустенита углеродом за счёт растворения графита. При поверхностной закалке температура840…950 °С, время нагрева - несколько секунд, скорость нагрева около 400 °С/с, охлаждение в воде или эмульсии. Твёрдость после закалки серого чугуна HRC 50…55, высокопроч­ного- HRC 58…60. Распределение твёрдости по сечению закалённого слоя (тол­щиной 1,5…4 мм) достаточно равномерное. Микроструктура поверхностного слоя –мелкоигольчатый мартенсит и включения графита. После поверхностной закалки проводится низкий отпуск. Поверхностной высокочастотной закалке подвергают детали из перлитного чугуна, работающие на износ, - направляющие станин станков (изготовляемые из модифицированного серого чугуна), коленчатые и кулачковые валы (из высокопрочного чугуна), гильзы цилиндров (из легирован­ного чугуна) и другие детали.

При поверхностной закалке ферритных чугунов для получения высокой твёрдости после закалки необходим нагрев с меньшей скоростью (~ 5…10°С/с) и до более высокой температуры (~ до 1050 °С) для того, чтобы произошло насыщение аустенита углеродом вследствие частичного растворения графита. На результат поверхностной закалки ферритного чугуна влияет характер рас­пределения графитных включений в металлической основе, т.е. их количество, размер и расстояние между ними.

Отжиг для снятия внутренних напряжений проводитсяпри следующих температурах:

· серый чугун с пластинчатым графитом 500…570 °С;

· высокопрочный с шаровидным графитом 550…650 °С;

· низколегированный 570…600 ^oC.

Нагрев медленный со скоростью 70…100°С/ч, выдержка при температуре нагрева зависит от массы и конструкций отливки и составляет от 1-го до 8-ми часов. Охлаждение до 250 °С (для предупреждения возникновения термических напряжений) медленное, со скоростью 20…50°С/ч, что достигается охлаждением отливки вместе с печью. Далее отливки охлаждают на воздухе.

При этом отжиге фазовых превращений не происходит, а снимаются внут­ренние превращения, повышается вязкость, исключается коробление и образова­ние трещин в процессе эксплуатации.

Графитизирующий отжиг применяют для устранения отбела отливок ЧПГ из серого чугуна, возникающего при литье в металлические формы, в связи с чем повышается хрупкость и резко снижается обрабатываемость. При проведе­нии данного отжига отливки нагревают до 850…950°С в течение 2… 3часов (первая стадия графитизации) и охлаждают на воздухе до температуры 20°С или проводят вторую стадию графитизации (от двух до шести часов). Быстрый рас­пад цементита объясняется повышенным содержанием в серых чугунах кремния (1,5…3 %); В результате отжига устраняется отбел и структура становится перлитной, феррито-перлитной или ферритной.

Низкотемпературный отжиг применяют для снятия внутренних остаточных напряжений отливок серого чугуна. Данный отжиг проводят по следующему режиму: медленный нагрев отливок (30…180 °С/ч) до 530…620°С, выдержка при этой температуре 1…4 часа (с момента нагрева до заданной температуры наибо­лее толстого сечения отливки) и медленное охлаждение вместе с печью со скоростью 10…30°С/ч до 250…400°С. В результате такого отжига внутренние остаточные напряжения уменьшаются на 80…85% и увеличивается количество феррита.

Для стабилизации размеров литых чугунных деталей, предотвращения короб­ления и снятия внутренних напряжений применяют старение.

Различают два вида старения: естественное и искусственное.

Естественное старение осуществляется на открытом воздухе или в помеще­нии склада. Изделия после литья выдерживаются в течение 6… 15 месяцев. При естественном старении снижение напряжений в отливках составляет 3…10 %.

Искусственное старение осуществляется при повышенных темпера-турах; длительность - несколько часов.

При искусственном старении отливки чугуна загружают в печь, нагретую до 100…200°С, нагревают до температуры 550…570 °С со скоростью 30…60°С в час, выдерживают 3…5 часов и охлаждают вместе с печью со скоростью 20…40°С в час до температуры 150…200 °С, а затем охлаждают на воздухе.

Обычно старение проводят после черновой механической обработки резанием.

Кроме термической обработки чугуны подвергают химико - термической об­работке.

Для повышения поверхностной твёрдости, износостойкости, предела усталости и коррозийной стойкости серых и высокопрочных чугунов используют азо­тирование, т.е.насыщение азотом поверхности отливки. Чаще азотируют се­рые перлитные чугуны, легированные хромом, молибденом, алюминием. Темпера­тура азотирования 550…580^оС, время выдержки 30… 70 часов, степень диссоциа­ции аммиака около 30%. В результате азотирования получается слой толщиной до 0,4 мм, твёрдостью до HV 900. Оптимальная температура азотирования высо­копрочного чугуна 650…700°С, степень диссоциации аммиака 30…45%. Слой толщиной 0,25 мм получается после выдержки 12 часов; твёрдость до HV 1000.

Кроме азотирования, повышение поверхностной твердости, износос-тойкости и предела выносливости легированного серого перлитного чугуна можно дос­тигнуть газовой нитроцементацией – диффузионным насыщением поверхности отливок углеродом и азотом при температуре 570°С. Слой толщиной 0,15…0,20 мм с максимальной твёрдостью HV 1000 достигается через 8 часов.

Для повышения жаростойкости и сопротивления атмосферной коррозии чу­гунные отливки можно подвергать алитированию, то есть насыщению поверхности алюминием. Температура алитирования 900…1050°С, время выдержки 2 часа, охлаждение вместе с печью или на воздухе.

Для повышения коррозионной стойкости в кислотах, износостойкости и жа­роупорности чугунные отливки подвергают силицированию -поверхностному насыщению кремнием путём обработки в газовой среде, содер­жащей кремний.

Хромирование - диффузионное насыщение поверхностного слоя чугунных отливок хромом для повышения твёрдости до HV 1600, износостойкости, жаро­стойкости, предотвращения коррозии или в защитно-декоративных целях. Хро­мирование проводят при температуре 950…1000 °С, время выдержки 10…12 ча­сов в твёрдой среде, 5 часов - в газовой. Охлаждают вместе с печью или на воздухе.

Кроме того, для улучшения обрабатываемости и предупреждения задиров чугунные отливки можно подвергать сульфидированию, т.е. насыщению поверхностных слоев сернистыми соединениями. Его проводят при температуре 550…600 °С, чугунные отливки выдерживают 3 часа, затем охлаждают на воздухе. Такой способ получил некоторое применение для поршневых колец двигателей внутреннего сгорания.