ТехИнфо

Технологическая   информация

Термическая обработка отливок


Отливки изготовляют из углеродистых сталей с содержанием углерода от 0,12 до 0,60% и различных легированных конструкционных сталей. Отливки со специальными свойствами изготовляют из высоколегированных сталей.

Фасонные отливки имеют крупнозернистый излом и крупнозернистую микроструктуру (крупнопластинчатый перлит, крупные зерна или сетку феррита). Часто в фасонных отливках наблюдается видманштеттова структура (образующаяся при сильном перегреве), которая характеризуется пластинчатой формой ферритных участков, расположенных под углом друг к другу с образованием треугольников. В связи с такой структурой прочность и пластичность стали низкие, а твердость повышенная, что ухудшает обработку отливок. В фасонных отливках возникают также значительные внутренние напряжения.

Отливки неоднородны и по химическому составу (дендритная ликвация). Для обеспечения необходимых свойств фасонные отливки подвергают термической обработке. Отливки углеродистой стали подвергаются высокому отпуску с нагревом ниже точки Ас1 (650-700 °С) для устранения внутренних напряжений, если улучшать структуру не нужно. Если к отливке предъявляются повышенные требования, то проводится отжиг или нормализация при температуре Ас3 + (30-50° С). При нормализации повышаются прочностные показатели. Отливки из легированной стали подвергают нормализации с отпуском или закалке с отпуском. Перед термической обработкой производится очистка отливок и отрезка прибылей и литников. Если применяют огневую резку, то отливки предварительно отжигают, а после вновь подвергают термической обработке. Такой порядок операций особенно важен при обработке отливок из легированных сталей, в которых при огневой резке без предварительного отжига могут возникнуть трещины.

Отливки небольших сечений и простой конфигурации можно загружать в печь, нагретую до температуры отжига, и нагревать с наибольшей возможной скоростью. Сложные по конфигурации массивные отливки, имеющие значительные внутренние напряжения, во избежание возникновения трещин необходимо нагревать медленно, со скоростью около 100 °С/ч до 350-400 °С, после чего скорость нагрева может быть увеличена. Время нагрева определяется из расчета 1—2 мин на 1 мм наибольшего сечения отливки, время выдержки составляет 25% времени нагрева.

Охлаждение отливок при отжиге производится вместе с печью до 300-400 °С, а затем на воздухе. При нормализации отливки равномерно охлаждают на воздухе. После отжига или нормализации значительно повышается пластичность отливок. Структура отливок после отжига или нормализации измельчается.

Для значительного улучшения свойств углеродистой стали (содержащих более 0,3% С) применяют сложную термическую обработку: нормализацию от 960 °С, закалку в воде от 840 °С, отпуск при 600 °С. Такая обработка рекомендуется для отливок с толщиной стенки до 25 мм и должна быть экономически обоснована, так как при этом повышается стоимость отливок.

Для толстостенных отливок лучше применять нормализацию с высоким отпуском. Термическая обработка влияет на механические свойства тонкостенных отливок. Для отливок сечением более 500 мм повышается ударная вязкость (в 1,5-2,0 раза). Поэтому для устранения внутренних напряжений рекомендуется вместо отжига проводить регулируемое охлаждение в литейной форме. Для этого в форму помещают плиты с каналами. Вначале охлаждают быстро до 620-650°С (подают в каналы воду), а затем пропускают горячие дымовые газы, чтобы обеспечить выдержку в области перехода пластических деформаций в упругие при 620—650° С. После выравнивания температуры по сечению от¬ливки охлаждают до 550-600 °С, а затем выбивают отливки из формы. Такое охлаждение крупных отливок сокращает длительность обработки в 1,5—2,0 раза.

Для улучшения массивных отливок, имеющих крупную дендритную структуру и внутрикристаллитную ликвацию, применяют диффузионный (гомогенизирующий) отжиг при 950-1000 °С с последующим обычным отжигом или нормализацией. Крупнозернистую структуру отливок из легированной стали трудно устранить отжигом или нормализацией с нагревом выше точки Ас3.Если нагреть отливку только выше точки Ас3 , а затем охладить, то получится структура с заметной зернистостью в изломе, так как измельченные зерна аустенита, образовавшиеся при нагреве, сохраняют ориентацию бывшей грубозернистой структуры.Только при нагреве до более высоких температур происходит рекристаллизация аустенита (рис. 1). Поэтому для получения высоких механических и особенно пластических свойств рекомендуется двойная обработка: высокотемпературный отжиг или нормализация с последующей нормализацией или отжигом при нагреве несколько выше точки Ас3 . Для устранения дендритной ликвации отливки из легированной стали подвергают диффузионному отжигу при 1100-1150 °С с выдержкой 10-15 ч; затем для измельчения зерна проводят обычный отжиг при температуре Ас3 + (30-50 °С).

Для получения высоких механических свойств отливки из легированной стали подвергают нормализации (850-900 °С) или закалке (850-880 °С) в масле с последующим отпуском при 560-650 °С. При назначении режимов термической обработки необходимо учитывать повышенную склонность отливок из легированных сталей к отпускной хрупкости.

Для отжига и нормализации отливок применяют садочные и методические печи, а для нормализации и закалки с отпуском - специальные агрегаты. Целесообразно применять печи с выкатным подом. При загрузке отливок на под печи или на поддоны необходимо соблюдать следующие условия: при укладке в несколько рядов тяжелые отливки располагать в нижних рядах; между отливками оставлять зазоры; отливки сложной конфигурации укладывать на подставках в один ряд. После термической обработки проверяют микроструктуру отливок, размеры, излом; проводят наружный осмотр и механические испытания.

Рис. 1. Схема структурных превращений при отжиге отливок из легированной стали:

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