/
Текст
Я.М.ДОВГАЛЕВСКИЙ
Спра&)ТНш1 ТЕРМИСТА
:^^аеааянеэдпажй»па^^ пи мигоа-ь . .<
Я. М. ДОВГАЛ ЕВСКИ П. кандидат технических паук
Chipmaker.ru
СПРАВОЧНИК ТЕРМИСТА
САРАТОВСКОЕ КНИЖНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО 19 6 2
6114.51(083)
Л-58
Chipmaker.ru
В справочнике сообщаются данные по составу, свойствам и термической обработке стали, чугуна и сплавов на основе цветных металлов. Приводятся краткие сведения по методам испытания и теплового контроля, а также по оборудованию и технике безопасности в термических цехах.
Справочник предназначен для инженерно-технических работников машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности, а также для студентов вузов и техникумов соответствующих специальностей.
I. МЕТАЛЛОГРАФИЯ
Металлографический анализ включает в себя макроскопический и макроскопический анализ.
МАКРОАНАЛИЗ
При макроанализе изучается строение металла невооруженным глазом или через лупу при небольших увеличениях (до 30 раз), что дает возможность судить на значительной поверхности металла об общем его строении, дефектах и в ряде случаев о характере распределения примесей по сечению детали.
Часто макроанализ предшествует микроанализу, при котором выявляются подробности структуры металла.
Главные цели макроанализа состоят в том, чтобы [21] * выявить: 1) нарушения сплошности металла в литом состоянии — усадочные и газовые раковины, газовые пузыри, трещины, возникшие при горячей механической или термической обработке, флокены, пороки сварки; 2) дендритное строение и зоны транскристаллизации в литом металле; 3) химическую неоднородность сплава (дендритная ликвация); 4) шолосчатость и линии скольжения (сдвиги) в наклепанном металле; 5) неоднородность, созданную термической или химико-термической обработкой.
Макростроение изучается непосредственным наблюдением поверхности изломов и чаще на специальных образцах (макрошлифах), подвергаемых травлению. Макрошлифы вырезаются из детали (заготовки) обычными методами, и их поверхность подвергается шлифовке на станках или шкуркой. Чем тоньше детали структуры, подлежащей выяв
* Цифры в скобках являются указателем литературы, список которой — в конце книги.
3
лению, Тем Чйще должна быть обработана поверхность шлифа. Обычно последовательно обрабатывают поверхность шлифа шлифовальной бумагой (от номера 00 до номера 0000), переходя последовательно на более мелкие сорта (табл. 1). При переходе на следующий сорт бумаги надо
Таблица 1
Номенклатура наждачной бумаги отечественного производства
Номера наждачной бумаги, ранее принятые в СССР Ныне действующее в СССР обозначение Максимальный размер абразивного зерна в мм
0000 240 0,062
000 220 0,074
00 180 0,088
0 140 0,105
1 120 0,125
2 100 0,149
3 80 0,177
4 60 0,250
повернуть шлиф на 90° и шлифование вести до исчезновения рисок, полученных при предыдущей обработке. Перед травлением шлиф надо промыть от грязи, пыли, жира.
В зависимости от целей макроисследования применяют различные реактивы и способы травления (табл. 2).
МИКРОАНАЛИЗ
При микроскопическом анализе структура изучается с помощью оптического микроскопа при общем увеличении до 2000—3000 раз. Микроанализ при помощи оптического микроскопа позволяет судить о размерах и расположении фаз, если размеры этих фаз не менее 0,2 мк.
При помощи микроанализа можно, например, выявить дендритное строение, величину зерна, количество, форму и размеры выделений и отдельных фаз и их взаимное распределение (для многофазных сплавов). Если известен химический состав и удельные веса отдельных фаз, то можно при помощи микроанализа в ряде случаев приближенно определить химический состав сплава. Пользуясь микроанализом, можно составить представление о предшествующей обработке и некоторых свойствах многофазных сплавов.
4
Таблица 2
Основные травители для выявления макроструктуры стали — поверхностное травление [18, 20, 21]
| Состав травителя Способ применения | Примечание
1 Водный медноаммиачный раствор Гейне: на 1000-ил Н2О 53 г NH4C1 и 85 г СиС12 Погрузить шлифованной поверхностью вниз на 30—60 сек. (реже до 5 мин.). Удалить выпавшую медь ватой в струе воды. Шлиф просушить Выявляется пористость, полосчатость деформированной стали, ликвация углерода и фосфора (ликвацион-ные зоны окрашиваются в темный цвет)
СП 2 15%-ный водный раствор (NH4)2S2O8 (персульфат аммония), нагретый до 80—90°. Для большей контрастности затем погружают на 1—2 мин. в 5%-ный раствор HNO3 (удельный вес 1,51), после чего очищают налет и погружают на 2—3 мин. в 15%-ный (NH4)2S2O8 Погрузить на 5—10 мин. (для легированной стали время увеличить) Хорошо выявляется дендритная структура, полученная при первичной кристаллизации
СТ)
Продолжение таблицы 2
| Состав травителя Способ применения | 1 Примечание
3 Бромосеребряный отпечаток на серу и фосфор (по Баума-гну). Бромосеребряная фотобумага, пропитанная на свету в течение 8 мин. водным раствором H2SO4 концентрацией 2—^5% Обработанную бумагу подсушивают и затем плотно прижимают к поверхности шлифа (для удаления пузырьков воздуха и газов) и выдерживают 3 мин. Снятый отпечаток промывают и обрабатывают, как при обычной фотографии На бумаге появляются коричневые пятна, указывающие на скопление сульфидов и ликвацию фосфора
4 Пикрат натрия (1 г пикрата натрия на 100 мл воды) Шлиф погружают в кипящий раствор на время до 20 >мин. Выявляется одновременно макро- и микроструктура, дендритная неоднородность, различие в термообработке
5 Реактив для выявления глубины цементации Образец после цементации закаливают, ломают, и по месту излома делается макрошлиф. Последний погружают в реактив состава: 2 г CuCU. 2НгО и 1 мл НС! на 100 мл спирта. Продолжительность травления 1—2 мин. Нецементиров а н н а я поверхность покрывается красным слоем меди. Науглероженный слой остается нетронутым
Под микроскопом изучаются специальные образцы — металлографические шлифы (микрошлифы), имеющие шлифованную и полированную гладкую поверхность, отражающую световые лучи.
Шлиф должен быть вырезан из той части изделия, ко торая представляет наибольший интерес. Чаще всего употребляются образцы высотой 10—20 мм, имеющие обрабатываемую поверхность круглой или квадратной формы площадью 1—2 см2. Образец подвергают обработке для получения плоской поверхности. Образцы малых размеров зажимают винтовым зажимом или заливают жидкими легкоплавкими сплавами или серой (табл. 3).
Таблица 3
Химический состав и температура плавления сплавов для заливки мелких образцов [20]
Химический состав в % Температура плавления в °C
BI I 1 Cd 1 РЬ Sn
50,0 52,5 12,5 25,0 12,5 76
— 31,5 16,0 96
50,0 10,0 27,0 32,0 13,0 70
— 18,0 50,0 124
Образец с плоской поверхностью шлифуют наждачной бумагой, помещенной на стекле или наклеенной на вращающемся круге при скорости вращения 700—800 об!мин. С бумаги, имеющей крупное абразивное зерно, постепенно переходят на бумагу с мелким зерном (табл. 1). При этом переходе следует поворачивать образец на 90° и вести шлифование до полного удаления рисок и гребешков, оставшихся от предыдущего шлифования. Шлиф обдувают воздухом или промывают водой и приступают к полированию.
Механическое полирование ведется на вращающемся (со скоростью от 300 до 1000 об!мин) круге, на который натянут фетр или тонкое сукно. В качестве абразивов применяют окись хрома или окись алюминия. Их применяют в виде водной суспензии (5—15 г абразива на 1 л в'цы). При приготовлении суспензии полировальные материалы подвергают отмучиванию в воде (на 1 л 1—2 г порошка), отбрасывая фракцию, осевшую в течение первого часа. В процессе полировки круг все время должен быть влажным.
7
Образцы рекомендуется слегка прижимать к кругу. Отполированный шлиф должен иметь блестящую зеркальную поверхность (риски и царапины под микроскопом не обнаруживаются).
При химико-механическом полировании на полировальный круг вместе с абразивом наносятся вещества, ускоряющие полировку (например, паста ГОИ — табл. 4).
Таблица 4
Состав паст ГОИ
Наименование компонентов Состав в %
тонкая | | средняя грубая
Окись хрома 72 76 86
Стеарин 24 20 12
Олеиновая кислота 1,8 1,8 —
Сода 0,2 0,2 —
Керосин х2 2 2
Наиболее совершенным является электро-химическое полирование, при котором структура металла не искажается наклепом. Данный метод дает стандартные результаты, высокопроизводителен, позволяет получать шлифы на взаимно перпендикулярных гранях образца. При электрополировке образец, являющийся анодом, помещается в ванну с электролитом. Катодом служат различные металлы (табл. 5—6).
Таблица 5
Состав электролита и режим электрополирования *
Металл Состав электролита Плотность тока в а<см^ Температура в °C
Углеродистая сталь Ортофосфорная кислота 48%, серная кислота 40%, вода 12^ 0,1-0,6 35—50
Нержавеющая сталь Ортофосфорная кислота 38 И, глицерин 53 %, вода 9^ 0,2-2,0 20-115
* Л а йнер В. И. Электролитическая полировка и травление металлов. Машгиз, 1947.
8
Таблица 6
Режим электролитической полировки и состав электролитов для стали и цветных металлов, сплавов [18, 20, 21 и др.]
Сорт стали Состав электролита Режим электрополировки Материал катода
плотность тока в а! дм* напряжение в в темпе- ратура в °C время в мин.
Малоуглеродистая сталь Орто фосфорная кислота (уд. вес 1,48) —80 мл. Серная кислота (уд. вес 1,84)—20 мл. Хромовый ангидрид 10—15 г. Глюкоза 2—4 г 25-70 8-10 55—60 5-7 Свинец
Аустенитная сталь Серная кислота (уд. вес. 1,84) — 100 мл. Ортофосфорная кислота (уд. вес 1,48)—40 мл. Хромовый ангидрид— 50 г. Вода дистиллированная— 50 мл 45-50 10 80-90 2-5 Свинец
Среднеуглеродистая и малолегированная сталь Хлорная кислота (68—72%-ная) — 175 мл. Уксусный ангидрид — 765 мл. Вода дистиллированная — 60 мл 3-6 120—160 <50 3-5 сек. Алюминий
Карбидосодержащие стали Хлорная кислота -(68—72%-ная) — 200 мл. Этиловый спирт — 800 мл 3-6 120-160 <50 3-5 сек. Алюминий
о
Сорт стали Состав электролита
Карбидосодержащие стали Серная кислота (уд. вес. 1,84) — 400 мл. Ортофосф орн а я кислота (уд. вес 1,55)—480 мл. Вода — 120 мл
Медь Ортофосфорная кислота (уд. вес 1,48)
Алюминий Хлорная кислота (уд. вес 1,48) — 1 часть. Уксусный ангидрид—>4 части
Латунь Ортофосфорная кислота (уд. вес 1,48)
Бронза Ортофосфорная кислота (уд. вес 1,55)
Олово Хлорная кислота (уд. вес 1,48) — 1 часть. Уксусная кислота (98%) — 4 части
Цинк 25%-ный раствор едкого калия
Продолжение таблицы 6
Режимы электрополировки Материал катода
плотность тока в ajdM2 напряжение в в темпе- время в мин.
10—60 8—10 35-50 10 Свинец
2,5- 3,0 1,1-1,8 15—20 10-15 Медь
3-5 50—100 45-50 15 Алюминий
4-5 1-2 15-20 10-15 Медь
3-5 1,4—1,8 15-20 3-5 Медь
9-15 25-40 20-30 8-10 Оловянная жесть
15 2-5 15-20 15 Цинк
Изучение микроструктуры производится на полированных и тщательно промытых микрошлифах. Вначале рассматривают под микроскопом нетравленый шлиф (при увеличении в 30—100 раз). При этом можно выявить мелкие поры, неметаллические включения, некоторые структурные составляющие (графит в сером чугуне). Неметаллические
Рис. 1. Шкала ГОСТ 1778-42.
включения (оксиды, сульфиды, силикаты) кажутся в поле зрения микроскопа темными.
Количество и характер неметаллических включений определяют по балльной системе путем сравнения соответствующих структур с эталонными (рис. 1). Если включения по форме и размерам не могут быть оценены одним из двух соседних баллов, то допускается промежуточная оценка с округлением до 0,5 балла (например, 2,5; 3,5 и т. д.). Природа включений устанавливается с помощью специального травления, вызывающего растворение или окрашивание включений, а также наблюдением шлифа в ультрафиолетовом или поляризованном свете, Коли-
11
Таблица 7
Реактивы для микроисследования структуры металлов и сплавов [18, >20, 21 и др.]
№ | Наименование i ~ ~ ~
п/nJ реактива Состав реактива Назначение и особенности применения
Реактивы для травления железа и его сплавов
а) Для травления углеродистых, низко- и среднелегированных сталей и чугуна
1 Спиртовой рас- Азотная кислота (уд.
2 твор азотной кислоты (реактив Ржешотарского) Спиртовой рас- вес 1,42) — 1 -г 5 мл. Этиловый или метиловый спирт—100 мл. Пикриновая кисло-
твор пикриновой кислоты (реактив Ижевского) та ((кристалличе- ская) — 4 г. Этиловый спирт или метиловый — 100 мл
Реактив окрашивает перлит в темный цвет, выявляет границы зерен феррита, структуру мартенсита и продуктов отпуска. Применяется для исследования структуры углеродистых и (низко- и среднелегированных сталей и чугуна, а также для выявления структуры азотированной и цементированной стали. С увеличением количества азотной кислоты возрастает скорость травления. Продолжительность травления — от нескольких секунд до минуты
Раствор азотной и соляной кислоты в глицерине
б) Для травления высоколегированных сталей
Азотная кислота (уд. вес 1,42) — 10 мл. Соляная кислота (уд. вес 1,19)—20 т-ЗО мл. Глицерин — 30 мл
Для выявления структуры высокохро-мистой, быстрорежущей и аустенитной марганцовистой стали в закаленном состоянии. Для лучшего выявления рекомендуется производить попеременное травление и полирование
Продолжение таблицы 7
№ Наименование Состав реактива 1
п/п. реактива | Назначение и особенности применения
4 Царская водка Соляная кислота — 3 части. Азотная кислота — 1 часть Для выявления структуры нержавеющих сталей in сплавов. Перед употреблением реактив надо выдержать 20—30 час.
5 Раствор щаве- Щавелевая кисло- Для выявления карбидов и основной
левой кислоты та — 10 г. Вода — 100 мл структуры аустенитной нержавеющей стали и никелевых сплавов. Травление производится электролитическим методом; анодом является шлиф, а катодом — пластинка нержавеющей стали. Напряжение 3^6 в
в) Для выявления карбидов, фосфидов, вольфрамидов
6 Щелочной рас- Пикриновая кисло- Для выявления цементита, который ок-
твор пикрата нат- та —2 г. Едкий натр — рашивается в темный цвет. Карбиды хро-
рия 25 г. Вода — 100 мл ма, вольфрама не окрашиваются. Реактив применяется в кипящем состоянии
7 Щелочной рас- Красная кровяная Применяется в горячем состоянии для
твор красной кро- соль—10 г. Едкий ка- выявления карбидов, содержащих хром,
со вяной соли лий — 10 г. Вода — 100 мл вольфрамидов в быстрорежущей и других сталях. Этот же реактив выявляет фосфиды в фосфидной эвтектике. Фосфид окрашивается в темный цвет
Продолжение таблицы 7
/6 I Наименование
п/п.| реактива
Состав реактива
Назначение и особенности применения
г) Для выявления линий напряжений
Солянокислый раствор хлорной меди
Соляная кислота — 40 мл. Хлорная медь — 5 г. Вода — 30 мл. Этиловый спирт —25 мл
Для выявления напряжений и дисперсионного твердения стали. Реактив применяется на холоду. Время травления — до 10 сек.
Реактивы для травления меди и медных сплавов
9 Солянокислый а) Хлорное железо —
раствор хлорного железа 10 г. Соляная кислота — 25 мл. Вода — 100 мл. б) Хлорное железо —5 г. Соляная кислота— 10 мл. Вода — 1100 мл.
10 Аммиачный раствор двойной соли хлористой меди и хлористого аммония Двойная соль — 10 г. Вода — 100 мл. Аммиак до получения нейтральной или щелочной реакции
И Раствор персульфата (надсернокислого аммо- Персульфат аммония— 10 г. Вода — 90 мл.
ния)
Для выявления структуры меди, латуни, оловянистой и алюминиевой бронзы, сплавов висмут — сурьма и др. В латунях p-фаза окрашивается в темный цвет. Применяется также для выявления мак-ростр о ен и я
Для выявления структуры меди и ее сплавов и, в частности, двухфазных латуней.
^-фаза окрашивается в темный цвет
Для выявления структуры меди, латуни, оловянистой бронзы, монель-металла. Этот реактив также дает различное окрашивание зерен феррита в стали
н «fn. 1 Наименование ' реактива Состав реактива
12 Аммиак и перекись водорода Водный раствор ам- 1 миака (уд. вес 0,88) — 5 частей. Вода (не всегда)— 5 частей. Перекись водорода (3%) — 2—5 частей
Реактивы для травления
13 14 Плавиковая кислота Едкий натр Плавиковая кислота (48%) — 0,5 мл. Вода — 99,5 мл Едкий натр—1-г Юг Вода —99—90 мл
15 Раствор кислот i Плавиковая кислота концентрированная — 1,0 мл. Соляная кислота (уд. вес 1,19) — 1,5 мл. Азотная кислота (уд. вес 1,42) — 2,5 мл. Вода — 95,0 мл
Продолжение таблииы 7
Назначение и особенности применения
Для выявления структуры латуней и бронз. Иногда для получения более контрастной структуры после травления в этом реактиве применяется и травление в реактиве № 9. Это особенно целесообразно для алюминиевой бронзы. Реактив № 12 применяется в свежеприготовленном 'виде
1люминиевых сплавов
Для выявления структуры дюралюминия и литых сплавов на алюминиевой основе
То же
Для выявления микроструктуры в сплавах типа дюралюминия
чество, распределение и величина графитных включений также определяются путем сравнения со стандартной шкалой (см. «Чугуны»). После просмотра нетравленого микрошлифа последний подвергают травлению. Наблюдение над травленым шлифом позволяет выявить границы между фазами, различное окрашивание фаз и структурных составляющих, ориентировку зерен относительно друг друга и относительно плоскости шлифа. В основном применяется химическое травление в различных растворах. Микрошлиф погружают полированной поверхностью в травитель и через некоторое время, установленное опытным путем, извлекают его. Травление должно производиться до получения тусклой поверхности. После этого шлиф промывают водой и добавочно немедленно спиртом для окисляющих металлов и сушат фильтровальной бумагой (табл. 7). В последнее время для сплавов, склонных к сильному наклепу во время шлифовки и полировки, обладающих большой пластичностью и содержащих твердые или хрупкие составляющие, склонные к сильному пассивированию или разъеданию при химическом травлении, применяется электролитическое травление [18, 20 и др.].
В меггаллографии применяются также травление при высоких температурах под воздействием кислорода, в вакууме и в солях, катодное травление в вакууме и др.
л
$1. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ *
Л
Основные методы определения твердости металлов: । вдавливание стального шарика с определением твердости по величине оставляемого на поверхности отпечатка (по Бринелю);
вдавливание алмазного конуса (или стального шарика) с предварительным нагружением, с определением твердости по глубине получаемого отпечатка (по Роквеллу);
вдавливание алмазной п и р а м и д ы с определением твердости по величине поверхности получаемого отпечатка (по Виккерсу и микротвердости).
Менее распространено определение твердости методом упруго й отдачи (по Шору). Мерилом твердости при этом является высота отскакивания от испытуемого металла стандартного бойка, свободно падающего с постоянной высоты.
Для приближенного определения твердости в цеховых условиях иногда пользуются тарированными напильниками.
Испытание твердости по Бринелю (рис. 2). Твердость по Бринелю (НВ) принимается как среднее напряжение — на единицу площади поверхности шарового отпечатка диа-
* В соответствии с ГОСТом приняты следующие обозначения:
НВ — тверд ость по Бринелю.
HR— '» » Роквеллу.
HV— » » Виккерсу (алмазной пирамидой)
2 Справочник 17
Рис. 2. Схема прибора для определения твердости при вдавливании стального шарика (по Бринелю).
метром d и глубиной который получается при вдавливании шарика диаметром D силой Р (рис. 3):
Р
НВ= -р-кг’мм2,
где Р — сила в кг,
F — величина поверхности шарового отпечатка в мм2.
18
или
нв-----------------------------------
При постоянных нагрузке Р и диаметре шарика D твердость по НВ зависит от диаметра отпечатка d. Наиболее часто испытание ведется при Р=3000 кг и D = 10 мм.
Рис. 3. Определение твердости при вдавливании шарика.
Испытание должно производиться при постоянном соотношении между величиной нагрузки Р и квадратом диаметра шарика D2 (табл. 8).
Испытание твердости по Роквеллу (рис. 4—6). Нагрузка на алмазный конус или стальной шарик прилагается в две стадии: сначала в 10 кг (индикатор, измеряющий глубину отпечатка, устанавливается на нуль), затем прилагается основная нагрузка в 90 и 140 кг. Далее эта основная нагрузка снимается и измеряется остаточная глубина t проникновения. наконечника под действием основной нагрузки (рис. 5). Глубина проникновения отмечается по круговой шкале индикатора (в единицах по Роквеллу HR). Угловое перемещение стрелки на одно деление единицы твердости соответствует глубине вдавливания 2 мк.
Испытание твердости по Виккерсу. HV определяется путем вдавливания в металл четырехгранной алмазной
19
Таблица 8
Перевод значений твердости, определяемой различными методами
Твердость HV Твердость НВ Твердость HR
диаметр отпечатка в мм при испытании стандартным шариком при испытании шариком из карбида вольфрама шкалы
С А в
1224 2,20 780 872 72 84 —
1116 2,25 745 * 840 70 83 —
1022 2,30 712 812 68 82 —
941 2,35 682 794 66 81 —
868 2,40 653 760 64 80 —
804 2,45 627 724 62 79 —
746 2,50 601 682 60 78 —
694 2,55 578 646 58 78 —
650 2,60 555 614 56 77 —
606 2,65 534 578 54 76 —
587 2,70 514 555 52 75 —
551 2,75 495 525 50 74 —
534 2,80 477 514 49 74 —
502 2,85 461 477 48 73 —
474 2,90 444 460 46 73 —
460 2,95 429 432 45 72 —
435 3,00 415 418 43 72 —
423 3,05 401 401 42 71 —.
401 3,10 388 388 41 71 —
390 3,15 375 375 40 70 —
380 3,20 363 364 39 70 —
361 3,25 352 352 38 69 —
344 3,30 341 341 36 68 —
334 3,35 331 330 35 67 —
320 3,40 321 321 33 67 —
311 3,45 311 311 32 66 —
303 3,50 302 302 31 66 —
292 3,55 293 — 30 65 —
285 3,60 285 — 29 65 —
278 3,65 277 — 28 64 —
270 3,70 269 — 27 64 —
261 3,75 262 — 26 63 —.
255 3,80 255 — 25 63 —
249 3,85 248 — 24 62 —
240 6,90 241 — 23 62 Ш2
20
Продолжение таблицы 8
Твердость HV Твердость НВ Твердость HR
диаметр отпечатка в мм при испытании стандартным шариком при испытании шариком из карбида вольфрама шкалы
С А в
235 3,95 235 21 61 101
228 4,00 229 — 20 61 100
222 4,05 223 — 19 60 99
217 4,10 217 — 17 60 98
213 4,15 212 — 15 59 97
208 4,20 207 — 14 59 95
201 4,25 201 — 13 58 94
197 4,30 197 — 12 58 93
192 4,35 192 — 11 57 92
186 4,40 187 — 9 57 91
183 4,45 183 — 8 56 90
178 4,50 179 — 7 56 90
174 4,55 174 — 6 55 89
171 4,60 170 — 4 55 88
166 4,65 167 — 3 54 87
162 4,70 163 — 2 53 86
159 4,75 159 — 1 53 85
155 4,80 156 — 0 52 84
152 4,85 152 — — — 83
149 4,90 149 — — 82
148 4,95 146 — — — 81
143 5,00 143 — — — 80
140 5,05 140 — — 79
138 5,10 137 — — 78
134 5,15 134 — — — 77
131 5,20 131 — —_ 76
129 5,25 128 — — 75
127 5,30 126 — — 74
123 5,35 123 — 73
121 5,40 121 — 72
118 5,45 118 — — 71
116 5,50 116 * — 70
115 5,55 114 — — 68
113 5,60 111 — — — 67
НО 5,65 НО — 66
109 5,70 109 — 65
108 5,75 107 — — — 64
21
Рис. 4. Схема прибора ТК для определения твердости методом вдавливания алмазного конуса (по Роквеллу).
Рис. 5. Определение твердости при вдавливании конуса.
Остена»
I л т тг
Рис. 6. Положение алмазного конуса при определении твердости с предварительным нагружением.
пирамиды с углом между противоположными гранями 136° (рис. 7). Твердость HV определяется делением нагрузки на площадь поверхности отпечатка:
Рис. 7. Схема прибора Виккерса:
/ — столик для установки испытуемого образца; 2 — маховик; 3 — шток с алмазной пирамидой; 4 — грузы; 5 — педаль; 6 — микроскоп.
Рис. 8. Отпечаток при вдавливании пирамиды.
2 cos 22° - р 1(8544 кг>мм* = ------, п---ft Ci MJrl ,
о*
где b — длина диагонали отпечатка.
Ввиду большого угла в вершине пирамиды даже при малой глубине отпечатка диагональ его получается сравнительно большой длины (рис. 8). Этот способ широко применяется для определения твердости тонких поверхностных слоев металла.
При НВ до 300— 500 кг!мм2 величины НВ и HV равны между собой. При //V>400 кг/мм2 величина HV ниже НВ.
В некоторых отраслях машиностроения, и особенно в исследовательской работе, проводится определение так называемой микротвердости Ню. На приборах ПМТ-2 и ПМТ-3 (рис. 9), предназначенных для измерения микротвердости, для вдавливания применяется .алмазная пирамида с квадратным
ОС-
Рис. 9. Схема прибора для измерения микротвердости (М.
Хрущова и Е. Берковича):
1 — микроскоп; 2 — микрометрический винт; 3 микрометрический винт; 4—окулярный микрометр; 5 — шток с алмазной пирамидой; 6 — опак-иллюминатор; 7 — объектив; 8 — буртик штока с установленным грузом; 9 — столик для установки микрошлифа; 10 — ручка; 11 — винт
столика.
наванием и углом при вершина между противоположными гранями 136°. Нагрузка дается от 2 до 200 г. При этом определяется величина диагонали й подсчитывается число твердости как частное от деления приложенной нагрузки на поверхность полученного отпечатка.
С помощью разработанного метода определяют твердость отдельных структурных составляющих металлических сплавов, тонких поверхностных слоев металлических изделий (после поверхностной закалки, механической обработки, прокатки, трения и т. д.), тонких слоев покрытий (гальванических, диффузионных и др.), тонких металлических лент, фольги, проволоки и т. д.
Таблица 9
Условия стандартного определения твердости НВ
Материал Интервал твердости Толщина испытуемого образца в мм р Ь9 в KZjMM2 1 Диаметр щарика ± 0,01 мм Нагрузка Р в кг Выдержка пед нагрузкой в сек
Черные 140-450 >61 10,0 3000,01
металлы 6-3 1 30 5,0 750,0} 10
<3 J 2,5 187,5)
То же до 140 >61 10,0 5,0 3000,01
6-3 I 30 750,0 30
<3J 2,5 187,5)
Твердые 31,8-130 >61 10,0 1000,01
цветные 6-3 1 10 5,0 250,0 30
металлы и сплавы (медь, латунь, бронза, магниевые спла- । <3 J 2,5 62,5)
вы и др.)
Мягкие 8-35 >61 10,0 250,01
цветные металлы и сплавы (алюминий, подшипниковые сплавы) 6-3 <3J 2,5 5,0 2,5 62,5} 15, б) 60
25
Таблица 10
Условия определения твердости на приборе Роквелла
Т вердость испытуемой детали /7/? С
Вид наконечника
Нагрузка в <г
Обозначение шкалы
Обозначение твердости
Допустимые пределы шкалы
Менее 20
Стальной шарик диаметром 1/1б дюйма. .
100
В HRB 25-100
20—66 Алмазный конус с углом при вершине 120е и радиусом закругления 0,2 мм . .150
Свыше66 То же . . 60
С HRC 20-66
A HRa Свыше
70
Условия проведения испытания твердости различными методами и соотношение значений твердости и прочности, определенной различными методами, приводятся в табл. 9—17.
Таблица 11
Условия определения твердости на приборе Виккерса
Толщина образца или слоя в мм Рекомендуемая нагрузка в кг при твердости HV
20-50 | 50-100| 100—зоо| 300-900
0,3-0,5 — — — 5-10
0,5-1,0 — — 5-10 10—23
1-2 5-10 10-25 10-20 —
2- 4 10-20 до 30 20-50 20-50
>4 >20 >3) >50 —
26
Таблица 12
Поправки на показания прибора Роквелла при измерении твердости на цилиндрических поверхностях [13]
Диаметр образца в мм Интервал твердости Величина 1 поправки | Диаметр образца в ММ Интервал твердости HRC Величина погравки
18 40—45 4-1 35 35-40 4-2
16 4)-45 42 30 35-40 +2,5
12 40-45 + 2 20 35—40 4з,о
10 40-45 4-2 15 35-40 + 3,0
8 40-45 +3 10 35-40 + 3,5
8 35-40 +4,0
35 25-30 +2 35 18-24 + 2
30 25-30 +3,5 25 18-24 + 3,5
20 25- 30 +4 20 18-24 + 4
15 25-30 +4 15 18—24 +4
10 25-30 +4 10 18-24 + 5
8 25-30 45 8 18-24 +6
27
Таблица 13
Размеры и форма поверхности детали в месте испытания [10]
,Метод вдавливания стального . шарика диаметром 10; 5 1 1 или 2,5 мм (по Бринелю) Метод вдавливания алмазного конуса и шарика диаметром 1,588 мм (по Роквеллу) Метод вдавливания алмазной пирамиды (по£Виккерсу)
Расстояние от центра отпечатка до края детали должно- быть не менее диаметра шарика, расстояние между центрами соседних отпечатков—нс менее двух диаметров шарика Размеры поверхности Расстояние от центра отпечатка до края детали или до центра соседнего отпечатка должно быть: а) при испытании алмазным конусом — не менее 2,5 мм\ б) при испытании шариком диаметром 1,588 мм — не менее 4 мм Расстояние от центра отпечатка до края детали или до края соседнего отпечатка должно быть не менее 2*/2 диагоналей отпечатка
Диаметры применяемых шариков: 10; 5 и 2,5 мм На испытуемой поверхности должно быть не менее трех отпечатков Предельные размеры диагоналей отпечатков: а) при нагрузках 5 и 50 кг 0,07— 1,359 мм\ б) при нагрузках 10 и 100 кг 0,11—2,0 мм\ в) при нагрузке 20 кг 0,15— 0,909 мм\ г) при нагрузке 30 кг 0,19—1,119 мм\ д) при нагрузке 120 кг 0,38—2,238 мм
Продолжение таблицы 13
Метод вдавливания стального шарика диаметром К), 5 или 2,5 мм (по Бринелю)
Испытуемая поверхность должна быть обработана в виде плоскости так, чтобы края отпечатка были достаточно отчетливы для измерения его диаметра с требуемой точностью
Метод вдавливания алмазного конуса и шарика диаметром 1,588 мм (по Роквеллу)
Форма поверхности
Испытуемая поверхность должна быть плоской. Радиус кривизны изогнутых поверхностей должен быть не менее 5 мм. При испытании поверхностей с радиусом кривизны меньше 5 мм на испытуемой поверхности необходимо делать лыску
Метод вдавливания алмазной пирамиды (по Виккерсу)
Испытуемая поверхность должна быть плоской. При отношении радиуса кривизны поверхности к среднему арифметическому диагоналей отпечатка менее 30 числа твердости имеют относительное значение (для сопоставления твердости деталей с одинаковой кривизной испытуемой поверхности)
Таблица Н
Выбор условий испытания по шкале НВ в зависимости от толщины детали в месте испытания *
Диаметр шарика в мм Нагрузка в кг Ч и с л о твердости
10 | 15 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |100 |120 |140 |150 |200 |300 |400 |450
Наименьша Я ТОЛЩИ1 <а детали в мм
2,5 62,5 — -2,01,6 1,3 1,1 1,0 0,80,7 0,60,50,40,3 — —
2,5 187,5 — — — — — 2,42,0 1,7 1,6 1,20,8 0,6 0,5
5,0 62,5 4,0 2,7 2,0 1,3 1,0 0,8 0,7 0,6 - — _ — _
5,0 250,0 — — _ — — — — 2,0 1,6 1,3 1,21,1 — - — —
5,0 750,0 — — 3,22,4 1,6 1,21,0
10,0 250,0 — — 8,05,34,03,2 2,6 2,3 - — — — —
10,0 1000 — — — — — — 4,0 3,2 2,6 2,32,1 — —
10,0 3000 — — 6,44,83,2 2,4 1,9
* Таблица составлена в соответствии с требованием, чтобы наименьшая толщина детали в месте испытания была не менее 10-кратной глубины отпечатка.
Таблица 15
Выбор условий испытания по шкале HV в зависимости от толщины детали или слоя в месте испытания
Толщина детали или слоя в месте испытания в мм Длина диагонали в мм, не более Твердость
600 | 400 | | 200
Нагру: зка в кг, не более
0,2 0,133 5 —
0,3 0,20Э 10 5 —
0,4 0,266 20 10 5
0,5 0,333 30 20 10
0,6 0,400 0,466 50 30 10
0,7 50 30 30
0,8 0,533 50 50 30
0,9 0,600 50 50 30
1,0 0,666 50 50 30
При твердости, превышающей 500 HV, применение нагрузок свыше 50 кг не рекомендуется.
Таблица 16
Пределы применения методов в зависимости от твердости испытуемого металла
Метод вдавливания стального шарика диаметром 10;
5 или 2,5 мм (по Бринелю)
Метод вдавливания алмазного конуса и шарика диаметром 1,588 мм (1/16") (по Роквеллу)
Метод вдавливания алмазной пирамиды (по Виккерсу)
Обозначение твердое!и
НВ HRA HRb HRc HV
Используемые пределы шкалы
Ниже 450
Св. 70 25-100 .20—67
Пределы твердости не ограничены
31
Таблица 17
Соотношение между значением числа твердости по Бринелю и предела прочности при растяжении
Металл Состояние металла Условия испытания Значение <3вр НВ
Медь После отжига Р=10Г>2 0,48
красная Холоднокатаная обжатии 5% при Р= 10D2 0,35
Холоднокатаная обжатии 10% при Р=1(Ю2 0,34
Холоднокатаная обжатии 90% при Р= 10£>2 0,40
Латунь После отжига — 0,50
После наклепа Р=10Г>2 0,41
Алюминий После отжига P=2,5D2 0,40
Холоднокатаный обжатии 5% при P=2,5D2 0,37
Холоднокатаный обжатии 10% при Р=2,5О2 0,35
Холоднокатаный обжатии 90% при Р=2,5£>2 0,40
Дюралюминий После отжига P=10D2 0,36—0,37
После старения Р= 10D2 0,34—0,36
Холоднокатаный обжатии 5% при Р= 10£>2 0,37
Холоднокатаный обжатии 10% при Р=10£>2 0,36
Никель После отжига Р= 10Z> 0,57
Холоднокатаный обжатии 5% при Р= 10D5 ! 0,38
32
Продолжение таблицы /7
Металл Состояние металла | 1 Условия испытания Значение <3вр ~~нв~
Никель Холоднокатаный при обжатии 10% Р=ЮО2 0,35
Холоднокатаный при обжатии 90% Р=10£)2 0,40
Литье из цинковых сплавов — — 0,09
Литье стальное — — 0,3-0,4
Чугун серый Сталь легированная /75=2504-400 — 40 °р 6 0,33
Сталь углеродистая и легир. Сталь мягкая /7В<250 — 0,34 0,36
3 Справочник
33
III. СТАЛЬ
* Сталью называется ковкий сплав железа с содержани-ем углерода до 2%. Практически применяются стали с содержанием углерода от 0,05 до 1,5%. В стали, кроме железа и углерода, имеются примеси, которые (по Н. Т. Гудцову) разделяются следующим образом:
постоянные примеси, попавшие в силу условий металлургического производства. В обычной углеродистой стали количество их составляет: марганца до 0,8%, крем1ния до 0,5%, серы до 0,08%, фосфора до 0,08%. При большем содержании этих примесей считают, что сталь уже не углеродистая, а легированная;
скрытые примеси (сотые доли процента), с трудом поддающиеся количественному определению (водород, кислород, азот и др.);
случайные примеси, попавшие в сталь в процессе производства (никель, хром и др.);
легирующие, или специальные, — это примеси, специально вводимые для того, чтобы получить легированную сталь.
Важнейшая примесь—углерод. Поэтому наибольшее внимание уделяют взаимодействию железа с углеродом, учитывая возможность существования железа в различных аллотропических формах. В результате взаимодействия углерода с а- или 7 -модификациями железа происходит образование сплавов (сталей и чугунов) с различной структурой. Диаграмма состояния сплавов системы железо— углерод показывает температурные и концентрационные границы существования сплавов с различной структурой (рис. 10, табл. 18). Влияние постоянных примесей на свойства стали показано в табл. 19.
34
ь Гв
С ац Шкид сплав ★ б-твердый раствор 1539 тп---------------г---------1 :—I
Ж.
моо
1300
&
1100
дустенит
700
500
910
900
768
300
1— §
5л
8
2,0
Ледебурит аустенит цементит
I-
II* !
0,006 0D2 08 1
Д' D
1550
б-твердый раствор + аустенит
Жидкий сплав
Ледебурит ★перлит > цементит— (вторичный)
Жидкий сплав аустенит
изо
К
-6 6,67%С
5
3
К* 723
Ледебурит ★цементит (первичный)—
Рис. 10. Диаграмма состояния системы железо—углерод.
идкиисплов-> цементит первичный
Ледебурит цементит (первичный)
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
А. Превращения в стали при нагреве. При нагреве доэв-тектоидной стали выше точки Act происходит превращение перлита в аустенит. Дальнейший нагрев выше Асз приводит к полному растворению феррита в аустените. Таким образом, выше точки Асз структура стали состоит из одного аустенита. По той же схеме происходит превращение при нагреве заэвтектоидной стали с той лишь разницей, что выше Ас\ в аустените начинает растворяться избыточный Цементит. Выше Асст структура состоит из одного аустенита. Перлитно-аустенитное превращение носит кристаллизационный характер: образование зародышей иа границе 3 35
Таблица 18
Структурные составляющие и структуры железоуглеродистых сплавов по диаграмме состояния железо—углерод *
Структурная составляющая или структура
Феррит
Цементит
Перлит
Аустенит
3-раствор
Ледебурит
Состав, строение, свойства
Твердый раствор углерода (и других элементов) в a-железе при содержании до 0,02% С; НВ-80-М30
Первичный, вторичный, третичный, эвтектический, эвтектоидный. Химическое соединение железа и углерода Fe3C (6*67% С); А7В>800. Кристаллическая решетка сложная ромбоэдрическая
Эвтектоидная микросмесь феррита и цементита при содержании 0,8 % С; НВ= 160-Н260 (мелкозернистый перлит имеет твердость около 160, а крупнопластинчатый—около 260), в зависимости от формы структурных составляющих бывает пластинчатым или зернистым
Твердый раствор углерода (и других элементов) в -(-железе с содержанием до 2,0% С. Аустенит при отсутствии в нем легирующих элементов имеет твердость 7/5^200
Твердый раствор углерода (и других элементов) в b-железе при содержании до 0,С8%С
Эвтектическая микросмесь перлита, вторичного цементита и эвтектического цементита при содержании 4,3%С (в пределах температур до 723°С). Твердость А/В^бОО. В интервале температур от 723° до 1130°С ледебурит представляет собой эвтектическую микросмесь аустенита, вторичного цементита и цементита эвтектического
* См. рис. 11 и 12.
36
PlfC
П. (V
У/li и а ~ феррит; б
моменты (П. ф. ь,
И\рСС[’ру!<т\рь> «-шиопит* л ГУ‘5-’1 ГИНОВ)
ного травления; Г-темиая'Л“с',е1,т,1та еосле обыч-травлеиия пикратом натрия- сетка Цементита после Цементита; д — аустенит- »’ ~ кРУлиь1е выделения
херике,Ый ,еТент„а1СнТа'НЧаТЬ,Й пе^
дебури,); и- графи Г эвтсктика (Де-
Рис. 12. Микроструктура стали с различным содержанием углерода (Н. Ф. Болховитинов).
Таблица 19
Влияние обычи&ГС примесей на Свойства стали [24, 25, 26 и др.]
Элемент и его содержание в % 1 (редельная растворниостьв^ Химические соединения Влияние на структуру и свойства
в феррите | в аустените
Углерод 0—2 При 20°С 0,006 При 723°С 0,02 Выше 1400°С 0,5 При 723°С 0,8 При 1130°С 2,0 Fe3C Определяет структуру и свойства стали
Марганец 0,2—1 1о 12 Неограниченная (Fe, Mn)3C Растворяясь в феррите и цементите, упрочняет их. Устраняет вредное действие серы, образуя сернистый марганец (MnS); раскисляет сталь; повышает прокаливаемость стали
Кремний в спокойной стали от 0,17 до 0,37, в кипящей стали до 0,03 Si До 15 При 1100— 120и°С до ч SiO2 Растворяясь в феррите, повышает твердость, жесткость и упругость стали. Раскисляет сталь
о
Элемент и его содержание в % Предельная растворимость в % Химические соединения
[ в феррите | | в аустените
Фосфор ДО 0,04, в автоматной стали до и,1 Р До 1,7 При 1140'С ДО и,6 Fe3P
Сера до 0,06, в автоматных сталях до 0,20 FeS, MnS
Продолжение таблицы 19
Влияние на структуру и свойства
Растворяясь в феррите, придает ему хладноломкость, т. е. высокую хрупкость при .нормальной и особенно при пониженной температуре. Повышает ъвр и а Т- Улучшает обрабатываемость стали, способствуя образованию хрупкой стружки
FeS придает стали красноломкость за счет образования по границам зерен легкоплавкой эвтектики Fe—FeS (988°С) или Fe—FeS—FeO (940°С). Ухудшает механические свойства, коррозионную стойкость и свариваемость стали. Улучшает обрабатываемость резанием
раздела феррита и цементита и последующий их рост. Большое значение имеет процесс диффузии, поскольку первоначально образующийся аустенит неоднороден.
Скорость образова
ния аустенита и выравнивание его концентрации зависят от ряда факторов. С повышением температуры эти процессы идут быстрее. Из-
мельчение цементитной составляющей перлита способствует более быстрому превращению последнего в аустенит и облегчает выравнивание концентрации по углероду. Оказывает влияние форма цементита. Пластинчатый перлит быстрее превращается в аустенит, чем зернистый. По мере повышения температуры и выдержки .аустенитное зерно растет. Различные стали в зависимости от способа производства и химического состава имеют и разную склонность
Рис. 13. Шкала для оценки величины зерна.
к росту аустенитного зерна при нагреве. В связи с этим вводят понятие о наследственном, или нри-
родном, зерне аустенита.
которое характеризует поведение при нагреве. В наследственно крупнозернистой стали уже при небольшом превышении точки нагрева наблюдается сильный рост аустенитного зерна, тогда как у наследственно мелкозернистой стали зерно слабо растет вплоть до 1150—1200°. Получение мелкозернистой углеродистой стали производится путем ввода в жидкую сталь алюминия — около 0,5 кг на 1 т ста-'1и. Многие виды легированной стали с добавлением вана-’’ия. титана, ниобия и др. также относятся к наследственно
41
мелкозернистой. Согласно наиболее распространенной теории оксиды, нитриды, карбиды ряда элементов, располагаясь по границам зерен, механически препятствуют их росту до определенной температуры. Различают также действительное зерно, наблюдаемое в стали в результате проведенной термической обработки. Величина действительного зерна в основном зависит от температуры конечного нагрева. Размеры наследственного и действительного зерна определяются по ГОСТу 5639—57 (рис. 13).
Влияние величины зерна на свойства стали и поведение ее в производстве см. в табл. 20.
Б. Превращения в стали при охлаждении. При охлаждении стали, предварительно нагретой до аустенитного состояния ниже точки Ли аустенит становится неустойчивым и претерпевает распад. В зависимости от степени переохлаждения (ниже точки Лг1) получается определенная структура. Обычно рассматривают поведение переохлажденного ахстенита в изотермических условиях. Пример такой диаграммы (для эвтектоидной стали с 0,8%С) приводится на рис. 14. Для доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей имеются дополнительные кривые, соответствующие выделению избыточного феррита или цементита из аустенита.
На диаграмме имеются горизонтальные линии, соответствующие точкам Л1 (723°), началу и концу мартенситного превращения (Мн и Мк ). В области между Л1 и Мн наблюдается изотермическое превращение с образованием ферри-то-цементитной смеси (перлита, сорбита, троостита, бейнита). Ниже точки Мн (в условиях непрерывного охлаждения) происходит образование мартенсита. Различают три превращения: перлитное, промежуточное, мартенситное.
При перлитном превращении на границах зерен исходного аустенита образуются зародыши цементита, которые затем диффузионно растут. В связи с уменьшением содержания углерода аустенит превращается в феррит, и таким образом создается эвтектоидная смесь феррита и цементита (перлита). С понижением температуры изотермического превращения число центров кристаллизации увеличивается, и образуется тонкопластинчатый перлит, так называемый сорбит закалки, при более низкой температуре получается еще более дисперсный троостит закалки.
В результате промежуточного превращения, происходящего в районе температур ниже изгиба кривых изотермического -распада аустенита, образуется бейнит (игольчатый троостит). В зависимости от температуры превращения раз-42
Таблица 20
Влияние величины зерна на свойства стали и поведение ее в производстве [24]
.. Действительное зерно
Механические и технологиче-__________________________г
ские свойства крупное I (1-4) 1 мелкое 1 (5-8)
Предел прочности при Мало отли- Мало отли-
растяжении, предел текучести, твердость чается чается
Удлинение и сужение Меньше Больше
Ударная вязкость при обычных и низких температурах Низкая, особенно на холоду Высокая
Предел выносливости Обрабатываемость при Меньше Больше Затрудни-
обдирочной работе Обрабатываемость при Лучше Затрудни- тельнее
отделочной работе Холодная резка и вы- тельнее Лучше Затрудни-
давливание отверстий Лучше тельнее
Холодная штамповка Затруднена (получается грубая поверхность) Облегчена
Прокаливаемость Глубокая Мелкая
Закаливаемость Лучше Затруднительнее
Внутреннее напряжение Выше Ниже
Коробление Больше Меньше
Закалочные трещины Чаще Реже
Шлифовочные трещи- Большая Меньшая
ны склонность склонность
Отпускная хрупкость Больше Меньше
Старение
Горячая механическая обработка (прокатка и ковка) Затруднительнее Выгоднее
Г
дичают верхний бейнит, имеющий перистое строение, и нижний бейнит — с игольчатым строением. Бейнит является дисперсной смесью неоднородного твердого раствора и цементита.
9С
ТОО
600
500
ЧОО
300
200
100
О
ЧОО
Рустенит (Р) д (791°)
1--------------
Рустенит(Р')
Ин (МО9)
перлит (П) Сорбит закалки (Сз)
Троостит заколки( Тз )
Мартенситное превращение
Бейнит верхний (Б&)
бейнит нижний(
Мартенсит (И} * аустенит (б')
Mh(-S0‘)_________________________
Мартенсит (М)+ остаточный аустенит (А')
0,5 i Ю 100 Ю00 10000 сек
"*с
!5
30
№
45
55
Рис. 14. Диаграмма изотермического превращен!’л аустенита.
Мартенситное превращение происходит ниже точки Мн и носит бездиффузионный характер. Оно, как правило, идет при непрерывном охлаждении от начальной (Мн ) до конечной точки превращения ( М,.). Положение этих точек не зависит от скорости и определяется химическим составом стали (аустенита). Чем выше содержание углерода в аустените, тем ниже положение точек Л4н и Мк. В том же направлении, но менее эффективно, чем углерод, действуют и легирующие элементы (за исключением кобальта и алк> 44
миния). Мартенситное превращение практически никогда не идет до конца. В связи с этим в структуре закаленной стали имеется, кроме мартенсита, некоторое количество не-превращенного — остаточного аустенита.
Структуры, получаемые при изотермическом, перлитном и промежуточном превращении, могут быть получены и в условиях непрерывного охлаждения. Последнее часто проводится и в производственных условиях. Для оценки поведения аустенита в условиях непрерывного охлаждения следует пользоваться так называемыми термокинетическими кривыми охлаждения, которые обычно строятся в координатах температура — логарифм времени. В связи с большими трудностями изучения быстропротекающих процессов термокинетические кривые построены пока не для всех марок стали. Оценивать начало и конец превращения в условиях непрерывного охлаждения, пользуясь диаграммами изотермического превращения, не рекомендуется.
В. Превращения при отпуске закаленной стали. Закаленная сталь в общем случае имеет структуру, состоящую из мартенсита и остаточного аустенита. При отпуске происходит ряд процессов, накладывающихся друг на друга. При отпуске до 100° снимаются напряжения, но никаких структурных превращений не наблюдается. При отпуске на 100—200° (первое превращение) из мартенсита выделяются мельчайшие частицы карбида Fex С (его считают также е-карбидом, имеющим гексагональную решетку). Выделившийся карбид еще не обособляется от мартенсита. Существует когерентная связь выделившихся карбидов Fex С (е-карбид) с мартенситом, который стал уже неоднородным. В объемах, прилегающих к месту выделения карбида, содержание углерода уменьшилось по сравнению с исходным. Смесь неоднородного мартенсита и дисперсных карбидов типа Fex С ((или е) называется отпущенным мартенситом. Повышение температуры отпуска до 200—350° (второе превращение) приводит к превращению остаточного аустенита в отпущенный мартенсит. Вместе с тем продолжается процесс снятия внутренних напряжений, рост частиц карбида и обеднение углеродом мартенсита (когерентность нарушается). Выше 350° (третье превращение) происходит полное разложение мартенсита — образуется смесь феррита с несколько коагулированными частицами цементита (карбида). Эта смесь называется трооститом отпуска. Дальнейшее повышение температуры до 500—650° привадит к укрупнению феррито-цементитной смеси. Образуется сорбит отпуска.
Структуры, полученные при перлитном, промежуточ ном и мартенситном превращениях и при отпуске (за исключением, конечно, самого перлита), называются неравновесными. Их характеристика и строение подробно приводятся в табл. 21 .и на рис. 15.
Влияние легирующих элементов. В наиболее простом случае легирующие элементы находятся в стали в с в о-бодном состоянии, легирующий элемент не растворяется в железе и не дает с ним химических соединений. Эта форма присутствия легирующего элемента весьма редка. Легирующие элементы могут образовывать различные неметаллические соединения и прежде всего оксиды и сульфиды легирующих элементов. Оксиды и сульфиды вредны тем, что они забирают на свое образование некоторое количество легирующих элементов и тем самым снижают их положительное влияние на свойства стали, не говоря уже о том, что сульфиды и оксиды могут ухудшить механические свойства. Железо с легирующими элементами, а также последние между собой дают интерметаллические (межметаллические) соединения, имеющие большое значение в сплавах с особыми физическими свойствами. Обычно они образуются при высоком содержании легирующего элемента. Более распространено растворение легирующих элементов в аустените (феррите). Легированный феррит или аустенит всегда наблюдается в легированной стали. Растворимость многих легирующих элементов в феррите или аустените связана с тем, что они в периодической системе Менделеева близко расположены к железу, имеют малое различие в атомных размерах и подобную железу кристаллическую решетку. Это способствует образованию твердых растворов замещения. В феррите растворяются многие элементы (Сг, Mo, W, Ni, Si, Со и др.). В результате легирования феррит меняет свои механические свойства. Как правило, твердость и прочность повышаются, а пластичность падает. Конкретное изменение свойств при растворении легирующего элемента в феррите зависит от ряда факторов и прежде всего от атомно-кристаллического строения легирующего элемента. Те элементы, которые имеют одинаковую с «-железом кристаллическую решетку, упрочняют его довольно слабо (Сг, W, Мо). Элементы же с другой кристаллической решеткой (Si, Ni, Мп) при растворении упрочняют феррит энергичнее. Вязкость сильно понижается в том случае, когда при растворении происходит сильное искажение кристаллической 46
Неравновесные структуры стали [11]
Таблица 21
Название структуры Определение и строение Свойства
Мартенсит (М) Пересыщенный твердый раствор углерода и других элементов в Fea , полученный в результате бездиффузионного превращения аустенита. Кристаллическая решетка — объемно центрированная (при наличии -в растворе С или N2— тетрагональная). Под микроскопом при травлении азотной кислотой имеет вид светлых кристаллов игольчатой формы (рис. 15 а и б) Отличается высокой твердостью, которая зависит от содержания в нем углерода (фиг. 31), ферромагнитен
Отпущенный Продукт распада мартенсита при низких тем- Отличается высокой
мартенсит пературах отпуска (для углеродистых сталей ниже 300°С). В мартенсите (твердом растворе) сохраняется некоторая тетрагональность (рис. 15 в) твердостью и прочностью, которые зависят от содержания углерода и дисперсности карбидных частиц
Троостит отпуска (То ) Смесь феррита и дисперсных частиц сферои- Отличается повышен-
дального цементита, получаемая при средних температурах отпуска закаленной стали (350— 500°С). Под оптическим микроскопом имеет вид темных участков, недифференцированных на фазы (рис. 15 в). Под электронным микроско- ной твердостью (HRc =40-г 50), высоким пределом упругости и хорошей износостой- костью
GO
Продолжение таблицы. 21
Название структуры
Определение и строение
Свойства
Сорбит отпуска (Со)
Троостит закалки (Т3 )
Сорбит закалки (С3 )
пом — короткие пластинки с округлыми краями и зернышки цементита в феррите (рис. 13 е}
Смесь феррита и мельчайших сфероидальных частиц цементита, получаемая при высоких температурах отпуска стали (500—650°С). Под оптическим микроскопом (рис. 15 ж) при больших увеличениях в нем можно различить шарообразные частички цементита, расположенные в феррите (рис. 15 з). Повышение температуры отпуска до 650—700°С ведет к коагуляции частиц цементита и образованию структуры зернистого перлита
Образуется из аустенита и состоит из феррита и цементита. Имеет пластинчатое строение. Образуется при переохлаждении аустенита. Под электронным микроскопом пластинки цементита различаются (рис. 15 к)
Сорбитом закалки называется смесь феррита с очень мелкими пластинками цементита (рис. 15 л), различимыми только при больших увеличениях оптического микроскопа. Под электронным микроскопом пластинки цементита разли-
Отличается высоким пределом прочности, текучести при достаточной ударной вязкости; твердость Hrc — 30 ч-40 зависит от химического состава стали, температуры и продолжительности отпуска
Отличается высокой твердостью (HRc^40), но менее вязок, чем троостит отпуска
Имеет повышенную твердость (HRq » 30), но меньшую пластичность и вязкость, «ем сорбит отпуска
Справочник
Продолжение таблицы 21
Название структуры Определение и строение 1 | Свойства 1
Бейнит~'(про-межуточная структура, игольчатый троостит) верхний (Бв) чаются хорошо (рис. 15 м). Образуется при относительно малом переохлаждении аустенита Дисперсная смесь феррита и карбида (цементита). Под оптическим микроскопом наблюдается в виде темиых участков (рис. 15 н). Под электронным микроскопом карбиды имеют вид коротких пластинок с округлыми концами и зерен, расположенных в ферритной основе (рис. 15 о). Образуется в верхней зоне промежуточного превращения аустенита Твердость зависит от содержания в нем углерода (при 0,8% HR ^40—45). Обладает хорошими механическими свойствами
Бейнит (промежуточная структура, игольчатый троостит) ниж-НИЙ (Бн ) Дисперсная смесь а-твердого раствора и карбида (цементита). Под оптическим микроскопом наблюдается в виде темной игольчатой структуры (рис. 15 н). Под электронным микроскопом наблюдается в виде мелких коротких пластинок с округлыми краями и зернышек карбида, расположенных в матрице из низкоуглеродистого мартенсита, имеющего игольчатое строение. Образуется в нижней зоне промежуточного превращения аустенита Твердость зависит о г содержания в нем углерода (при 0,8% HR с » 55). Отличается высокой износостойкостью и высокими механическими свойствами
Рис. 15. Неравновесные структуры стали (II. Ф. Болховитинов):
а — мартенсит (у 500); б — мартенсит (у 10000); в — отпущенный мартенсит; г — отпущенный мартенсит (У 10000); д — троостит отпуска (у 500); е — троостит отпуска (у 10000); ж — сорбиг отпуска (у 500); з — сорбит отпуска (у 10000); и — троостит закалки и маргенсиг (у 500);
к —троостит закалки (у 10000); л — сорбит закалки (X 500); м — сорбит закалки (у 10000); н — верхняя промежуточная структура (бейнит, игольчатый троостит) (у 15 000); о — верхняя промежуточная структура (бейнит, игольчатый троостит) (у 15000); п — нижняя промежуточная структура (у 2500); р — нижняя промежуточная структура (у 15000); с — остаточный аустенит и мартенсит (у 500); т — сетка феррита и мартенсита (у 500).
4*
решетки (например, при легировании Мп, W, Si). Выгодна при этом роль никеля. Он сильно упрочняет феррит, не снижая его вязкость. Объясняется это тем, что никель имеет близкое к железу строение атома и атомные размены. Кристаллическая .решетка у никеля иная, чем у железа.
Большое значение имеет карбидная фаза. Многие легирующие элементы обладают значительным сродством к углероду.
В зависимости от этого сродства и от склонности к образованию легированного феррита, а также от количества легирующего элемента и углерода карбидная фаза может иметь различный характер. Небольшая присадка легирующего элемента приводит к растворению его в цементите и образованию легированного цементита — (Бе,Х)/пСЛ ? где X — легирующий элемент. При повышенном количестве легирующего элемента образуется легированный карбид Х^ Сп , Он может растворять в себе железо (X,Fe)m СЛ . В таблице Менделеева карбидообразующие элементы (хром, молибден, ванадий и др.) занимают группы IV—VII и ряды 4, 6, 8 и 10. Эти элементы имеют d-электронную недостроенную полосу. Чем левее в таблице расположен элемент, тем менее достроена полоса и тем более устойчив карбид. Поэтому в ряде 4 устойчивость карбидов повышается от Мп к Сг, в ряде 6 от Мо к Nb, Zr, в ряде 8 от W к Та. Предполагают, что при образовании карбидов углерод отдает свои валентные электроны для заполнения недостроенной d-полосы и это приводит к тому, что между углеродом и карбидообразующим элементом образуется карбид. Чем менее достроена d-полоса, тем склонность к карбидообразованию больше. Если у элемента полностью заполнена d-полоса, то карбида не получится.
Карбиды, присутствующие в стали, можно разбить на две группы. Карбидами первой группы являются, например, ЕезС, Мп3С, Сг7С8 и др. Они имеют сложные кристаллические решетки с закономерным расположением атомов. При нагреве сравнительно легко растворяются в аустените. Карбидами второй группы являются, например, WC, W2C, Мо2С, VC, TiC и др. Они называются фазами внедрения, у которых отношение атомного диаметра углерода к атомному диаметру металла меньше 0,59. Фазы внедрения имеют, как правило, простую кубическую или гексагональную решетку, в узлах которой находятся атомы металла; атомы углерода оказываются внедренными в междоузлиях. Карбиды этой группы даже при нагреве до очень высокой температуры не растворяются в аустените. Фазы внедре-52
ния отличаются очень высокой твердостью и высокой температурой плавления и значительно превосходят в этом отношении карбиды первой группы. Вольфрам и молибден имеют характерную особенность, заключающуюся в том, что они в зависимости от условий кристаллизации и охлаждения могут давать карбиды одной из указанных двух групп.
Элементы, расположенные в периодической системе правее железа, способны только растворяться в нем, давая-легированный феррит. Элементы, расположенные левее железа, распределяются между ферритом и карбидной фазой. Вопрос о том, какое количество элемента растворится в. феррите, а какое даст карбидную фазу, зависит от многих конкретных обстоятельств и прежде всего от количества углерода в стали и от степени сродства к нему легирующего элемента.
Рассмотрим влияние легирующих элементов на процессы, происходящие при термической обработке.
А. Изотермическое превращение аустенита. Многие легирующие элементы существенно влияют на характер изотермического превращения. Большинство элементов, растворяющихся в феррите, цементите :и не дающих специальных карбидов, способствует увеличению устойчивости аустенита в изотермических условиях. К таким элементам относятся кремний, марганец, никель и другие. Кривые распада аустенита сдвигаются на диаграмме вправо (рис. 16). Карбидообразующие элементы— хром, молибден, вольфрам и другие — также увеличивают устойчивость аустенита, способствуют образованию двух максимумов изотермического распада аустенита, между которыми наблюдается район наибольшей устойчивости аустенита. Карбидообразующие элементы увеличивают устойчивость аустенита, если их карбиды находятся в растворенном состоянии в аустените. В противном случае такие карбиды являются дополнительными центрами кристаллизации при перлитном изотермическом превращении аустенита.
Большая устойчивость аустенита в легированных сталях имеет важное практическое значение. Здесь надо указать на то, что снижается критическая скорость охлаждения (закалки). Легированные стали поэтому можно закаливать в масле (вместо воды), а некоторые даже на воздухе. Это способствует уменьшению напряжений. Прокаливае-мость легированных сталей значительно выше, чем углеродистых. Это, конечно, тоже связано с увеличением ус-
12510301251030'24/0 t125030/25103012410 Секунды Минуты Часы ' Секунды Минуты Часы 21)
'К '030125/030'24 0 125030/25/030124/0
'«у иды Минры Часы Секунды Минуты Ч0( V
Рис. 16. Диаграмма изотермического а — в никелевой стали; б — в кремнистой стали; в — в рамовой стали; е — в молибденовой стали; ж — в кобаль стали; к — в
тойчивости аустенита. Наибольший эффект в уменьшении критической скорости закалки и увеличении прокаливаемо-сти дает одновременное легирование несколькими элементами. Поэтому в промышленности получили распространение тройные, четверные и более сложные стали (Сг—Ni, Сг— Мп, Сг—Ni—Мо и др.). Некоторые элементы следует добавлять в очень малых количествах («гомеопатические» дозы). Бор целесообразно 1присаживать в количестве 0,001—0,003% В такой дозе он препятствует возникновению зародышей перлитного типа. При больших количествах устойчивость аустенита резко уменьшается.
Б. Мартенситное превращение. Кинетика мартенситного превращения в легированных сталях та .же, что и в углеродистых. Большинство легирующих элементов снижает температуры мартенситного превращения. Поэтому многие легированные стали содержат значительное количество остаточного аустенита (при соответствующем количестве уг-54
превращения аустенита:
медистой стали; г — в хромистой стали; д — в вольф-товой стали; з — в алюминиевой стали; и — в ванадиевой марганцевой стали.
л ероша), точка Мн снижается до температуры ниже нуля, и в стали при комнатной температуре часто фиксируется аустенитная структура (рис. 17 и 18). Некоторые элементы составляют исключение в отношении влияния на мартенситное (превращение. Так, алюминий и кобальт повышают мартенситные точки и уменьшают количество остаточного аустенита. Кремний не влияет на мартенситное превращение.
В. Превращения при отпуске. При отпуске происходит распад мартенсита с превращением его в перлитообразные структуры. Большинство легирующих элементов (хром, молибден, ванадий и др.) замедляет этот процесс, то есть сдвигает его к более высоким температурам. Следовательно, при отпуске на одну и ту же температуру предварительно закаленных легированной и углеродистой сталей первая будет иметь большую твердость и прочность, но меньшую вязкость (рис. 19).
55
Г. Рост зерна при нагреве. Все элементы, за исключением
марганца, уменьшают склонность к росту аустенитного зерна. В особенности это надо отнести к карбидообразующим элементам и в первую очередь к титану, ниобию, ванадию и др., которые дают устойчивые, плохо переходящие в твердый раствор карбиды. Объясняется это тем, что мелкие включения карбидов располагаются по границам
Рис. 17. Влияние легирующих элементов на температуру мартенситного превращения (я) и коли чество остаточного аустенита (б).
Стали содержат 1 % С (по В. Садовскому и др., тизировано).
аустенитного зерна и препятствуют его росту. Только при очень высоких температурах указанные карбиды растворяются в аустените, и их положительная роль теряется. Марганец является исключением из легирующих элементов: он способствует росту зерна при нагреве.
Механические свойства легированных сталей. Легированные стали имеют значительно более высокие механические свойства, чем углеродистые. Это объясняется описанным влиянием легирующих элементов на структуру (образование легированного феррита и карбидной фазы) и на термическую обработку (на критическую скорость охлаждения, прокаливаемость, превращения при отпуске и др.). По данным А. П. Гуляева [25], влияние легирующих элементов усиливается по мере увеличения их концентрации, но, как правило, до известного предела (до 5% Ni; до 3% Сг; до 1—2% Мо и W; до 1,5—2% Мп и Si). При большем содержании легирующих элементов, поскольку уже обеспечена сквозная прокаливаемость, положительная роль легирования не проявляется. Более высокие механические свойства достигаются при совместном легировании. Наиболее благоприятным является совместное легиро-56
Рис. 18. Влияние легирующих элементов на точку начала и конца мартенситного превращения.
Стали содержат 1%С (А. Гуляев и В. Воробьев).
вание такими элементами, как: Ni + Сг; Сг + Mo; Ni + 4- Cr + Mo; Ni + Сг + Mo + V и т. д. Все же суммарное содержание элементов более 5—7% малоэффективно.
Данные по конкретному влиянию легирующих элементов да1ны в табл. 22.
Рис. 19. Влияние температуры отпуска на твердость никелевой а и хромистой б стали. Содержание углерода в стали 0,55 (Э. Бейн).
Ниже приводятся данные по химическому составу, термической обработке, свойствам и применению сталей: а) конструкционной (машиностроительной)—табл. 23—38;
б) инструментальной — табл. 39—55;
в) с особыми физическими свойствами — табл. 56—77.
57
ел Таблица 22
Влияние легирующих элементов на свойства стали [8]
Легирующ.1 элементы Растворимость в % в твердом растворе Влияние элемента на свойства феррита Образование карбидов Влияние на свойства аустенита Влияние на други свойства
F са 1 Ре-Г
А1 32,57 Повышает твердость А14С3 Повышает точки Ai и Аз, понижает А4. Сдвигает точку S (диаграмма Fe—С) вправо. При небольшом содержании препятствует росту зерна и уменьшает прока-ливаемость. Уменьшает критическую скорость закалки; резко повышает мартенситную точку; уменьшает количество остаточного аустенита Активный раскислитель стали. Образует с азотом нитрид, придающий азотированному слою стали высокую твердость. Вводится в магнитные сплавы с высокой коэрцитивной силой. Повышает жаростойкость
V Неограниченная 1,25 То же Фаза внедрения VC и V4C3 Повышает точки Ai и А3, понижает А4. Сдвигает точку S влево. Сужает 7-область. Препятствует росту зерна. Увеличивает прокали- Активный раскислитель стали. Повышает устойчивость против отпуска. Повышает кри-поустойчивость стали
Продолжение таблицы 22
I Легируют.1 1 элементы Растворимость^в % в твердом растворе Fea | Fe-y Влияние элемента на свойства феррита Образование карбидов Влияние на свойства аустенита Влияние на другие свойства
ваемость только при повышенной температуре закалки, обеспечивающей растворение карбидов. Уменьшает критическую скорость закалки, дает две зоны наименьшей устойчивости аустенита~700 и — 500°С, понижает Л4«
бИ при 1,5 Повы- Фазы Повышает точки Ai и Сильно повышает
W 20°С,32И шает внедре- 4з, понижает Л4. Сдви- красностойкость. Устра-
при проч- ния W2C, гает точку S влево. Су- няет хрупкость при от-
Сп СО 1Ь40°С ность и твердость. Снижает пластичность и коэрци-тивн.силу WC. Карбидные соединения Fe3W3C жает у -область. Препятствует росту зерна. Увеличивает прокали-ваемость при повышенной температуре закалки, обеспечивающей хорошее растворение карбидов. Уменьшает кри- пуске. Сплавы с содержанием от 6 до 32% W способны к дисперсионному твердению. Повышает крипоустой-чивость стали. Основ* ной элемент твердых сплавов
Продолжение таблицы 22
Легирующ.] элемента Растворимость в % в твердом растворе Влияние элемента на свойства феррита Образование карбидов Влияние на свойства аустенита Влияние на другие свойства
Fe 7 Ре7-
Со 80 Неограниченная Сильно повышает твердость Созс Соединение неустойчивости тическую скорость закалки. Незначительно увеличивает количество остаточного аустенита Повышает точки Alf А3 и А4. Сдвигает точку S влево. Незначительно влияет на уменьшение склонности роста зерна аустенита. Повышает мартенситную точку Мн Уменьшает количество остаточного аустенита Несколько повышает красностойкость быстрорежущей стали. Увеличивает коэрцитивную силу. Основной элемент твердых сплавов
Si 14,5% при 20°С, 18,5% при 1030°С 2,0 Сйльно повышает прочность, твердость, SiC Всплавах железа практически не образу- Повышает точки Ai и А3, понижает А4, сдвигает точку S влево. Сужает 7 -область. Незначительно влияет на уменьшение склонности Активный раскислитель стали. Сильно влияет на магнитные и электрические свойства стали. Основной графитообразующий элемент
Продолжение таблицы 22
ГЛегирующ I | элементы Растворимость в % в твердом растворе Влияние элемента на свойства феррита Образование карбидов Влияние на свойства аустенита Влияние на другие свойства
Fea | Fey
удельное электросопротивление. Повышает магнитную проницаемость резко при содержании выше 4,5%. Снижает пластичность, коэрцитивную силу, магнитную индукцию ЮТСЯ роста зерна аустенита. Сильно увеличивает прокаливаемость. Уменьшает критическую скорость закалки, не изменяет положения мартенситной точки. Немного увеличивает количество остаточного аустенита в чугуне. Повышает прочность и упругие свойства стали, снижая пластичность и ударную вязкость. Увеличивает жаростойкость стали
Легирующ. I элементы Растворимость в % в твердом растворе Влияние элемента на свойства феррита ( Образование карбидов
Fea 1 Fe7
Мп 4 До 60% Сильно повышает прочность, твердость, удельное электросопротивление и коэрцитивную силу. Снижает пластич.. ударную вязкость, магнитн. индукцию и магнит, прониц. Карбидное соединение Мп3С
Продолжение таблицы 22
Влияние на свойства Влияние на другие
аустенита свойства
Понижает точки Ai и Дз, повышает Д4. Сдвигает точку S влево. Расширяет 7 -область. Увеличивает склонность к росту зерна. Сильно увеличивает прокалива-емость. Уменьшает критическую скорость закалки. Сильно понижает мартенситную точку Мн и резко увеличивает количество остаточного аустенита
Уменьшает красноломкость стали при повышенном содержании серы. Повышает прочность, упругие свойства и износоустойчивость. Снижает ударную вязкость. Увеличивает склонность к отпускной хрупкости
Продолжение таблицы 22
1 Легирующ.1 элементы Растворимость в % в твердом растворе Влияние элемента на свойства феррита Образование карбидов Влияние на свойства аустенита Влияние на другие свойства
Fea F<4
Си 0,4и при 20°С, 1,4% при 820°С 5,9% при 820°С, 9% при 1094°С — Не образует Понижает точку А3. Увеличивает лрокалива-емость Увеличивает коррозионную устойчивость. Увеличивает коэрцитивную силу в магнитных сплавах. В чугунах снижает температуру графитизации
Мо Ci Со 54 при 20°С, 38 % при 1450°С 3,5 Повышает прочн. и коэрцитивную силу. Снижает магниты, индукцию и магнитн. проницаемость, не изме- Фаза внедрения МоаС Карбидное соединение Fe3Mo3C Повышает точки А] и Л3, снижает точку Л4. Сдвигает точку S влево. Сужает 7-область. Препятствует росту зерна. Увеличивает прокаливаемость. Уменьшает критическую скорость закалки. Дает две зоны наименьшей устойчивости аустенита 350 и 600°С. Понижает мартенситную точку Л4 н . Немного увеличивает Уменьшает склонность стали к отпускной хрупкости. Увеличивает красностойкость и повышает склонность к обезуглероживанию быстрорежущей стали. Повышает температуру роста зерна аустенита. Повышает крипоустой-чивость стали
Продолжение таблицы 22
Легирующ.| элементы Растворимость^ % в твердом растворе Fea | Fey Влияние элемента на свойства феррита Образование карбидов Влияние на свойства аустенита Влияние на другие свойства
Ni 5Н при 700°С, 10% при 400°С Неограниченная няет пластичности Повышает прочн., тверд., пластич., удельное электро-сопротив. и коэрци-тивн. силу. Снижает магнит. индукцию и магнитн. прониц. Повыш. ударную вязкость Не образует 1 количество остаточного аустенита Понижает точки Ai и А3, повышает А4. Сдвигает точку S влево. Незначительно влияет на уменьшение склонности к росту зерна. Несколько увеличивает прока-ливаемость. Уменьшает критическую скорость закалки. Понижает мартенситную точку Мн . Увеличивает количество остаточного аустенита 1
Значительно повышает прочность стали при некотором повышении пластических свойств. Улучшает жаростойкость и крипоустойчи-вость стали. Наиболее распространенный элемент конструкционных легированных сталей
Продолжение таблицы 2‘.
Справочник
I Легируют.! элементы Растворимость в % в твердом растворе Влияние элемента на свойства феррита Образование карбидов Влияние на свойства аустенита Влияние на другие свойства
Fea ! Fey
при содержав, до 2%
Ti 1 6,5и при 1310° 1,25 Повышает твердость Фаза внедрения TiC Повышает точки А\ и ' А3, понижает А4. Сдвигает точку S влево. Сужает у -область. Препятствует росту зерна. Увеличивает прока-ливаемость только при повышенной температуре закалки, обеспечивающей хорошее растворение карбидов. Уменьшает критическую скорость закалки Несколько снижает твердость мартенсита и уменьшает прокаливае-мость стали со средним содержанием хрома. Препятствует получению остаточного аустенита после закалки в высокохромистой стали. Наряду с вольфрамом применяется в твердых сплавах
Сг Неограниченная 12,8 Повышает прочность, Карбидные соединения СГ2зСс, и Повышает точку Ai и .понижает А3 и А4. Сдвигает точку S влево. Сужает 7 -область. Сильно повышает устойчивость против коррозии и окисления. Сильно увеличивает из-
Продолжение таблицы 22
। Легируют । элемента' Растворимость в % в твердом растворе Влияние элемента на свойства феррита Образование карбидов Влияние"на свойства аустенита Влияние на другие свойст. а
Fea | Fe-f
твердость, коэрцитивную силу. Снижает ударную вязкость, магнитную индукцию и магнитную проницаемость Сг4С3 Уменьшает склонность зерна к росту. Сильно увеличивает прокаливаемость. Дает две зоны наименьшей устойчивости аустенита при 700— 500 и 400—250°С. Умень^ шает критическую скорость закалки. Понижает мартенситную точку. Увеличивает количество остаточного аустенита носоустойчивость. Увеличивает крипоустойчи-вость и в особенности жаростойкость
Таблица 23
КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ
Механические свойства углеродистой стали обыкновенного качества (по ГОСТ 380—60 и 9543—60)
Марка стали ау' в кг/мм** по разрядам толщины проката авр в кг/мм9 о в % Норма испытании на загиб**
5,0 г=
1 1 2 1 3 не менее
Сталь группы А
Ст. 0 - - i | >32 18 1 22 | d=2s
Ст. 1. Ст. 1кп - — 32-40 28 | 1 33 | | d=Q
Ст. 2. Ст. 2кп 22 20 19 34—42 26 31 d=0
Ст. 3 кп 24 22 21 38-40 41—43 44-47 23 22 21 27 26 25 d=0,5s
Ст. 3 24 23 22 38-40 41—43 44—47 23 22 21 27 26 25 d=3,5s
Ст. 4. Ст. 4кп 26 25 24 42-44 45-48 49—52 21 20 19 25 24 23 d=2s
Ст. 5 28 27 26 50-53 54-57 58—62 17 16 15 21 20 19 d=3s
Продолжение таблицы 23
Марка стали ау’ в кг/мм2* по разрядам толщины проката авр в кг/мм* 6 в % Норма испытаний на загиб
010 । «=
1 1 2 3 не менее
Ст. 6 31 30 30 60—63 64-67 68—72 13 12 11 16 15 14
Ст. 7 1 1 - I 70—74 1 1 75 и св. 1 । оо о 11 1 10 1
* Нормы предела текучести устанавливаются в зависимости от разрядов толщины проката: 1-й разряд — сортовая сталь толщиной до 40 мм вкл.
2-й разряд
3-й разряд
фасонная 15
листовая и
широкополосная „ от 4 до 20 мм вкл
- сортовая 40 100 .
фасонная 15 20 .
листовая и
широкополосная , 20 40 .
— сортовая „ 100 „ 250 „
фасонная свыше 20 „
листовая и
широкополосная „ от 40 до 60 „
** d — диаметр оправки; s— толщина образца при испытании на загиб в холодном состоянии на 180°.
Таблица 24
Химический состав углеродистой стали обыкновенного качества (по ГОСТ 380—60)
Марка стал Содержание элементов в °/
С Si Мп
Сталь группы Б
Мартеновс ка я
МСт. 0 (КСт. 0)* <0,23
МСт. 1кп (КСт. 1кп) 0,06-0,12 <0,05 0,25-0,50
МСт. 2кп (КСт. 2кп) 0,09-0,15 <0,07 0,25-0,50
МСт. Зкп (КСт. Зкп) 0,14—0,22 <0,07 0,30—0,60
МСт. 3 (КСт. 3) 0,14-0,22 0,12-0,30 0,40—0.65
МСт. 4кп (КСт. 4кп) 0,18—0,27 <0,07 0,40-0,70
МСт. 4 (КСт. 4) 0,18—0,27 0,12-0,30 0,40-0,70
МСт. 5 (КСт. 5) 0,28-0.37 0,15-0,35 0,50-0,80
МСт. 6 (КСт. 6) 0,38-0,49 0,15-0,35 0,50-0,80
МСт. 7 (КСт. 7) 0,50-0,62 0,15-0,35 0,50-0,80
* В скобках указаны марки конвертерной стали по ГОСТ 9543—60.
о
Продолжение таблицы 24
Марка стали Содержание элементов в %
С Si Мп
Бессемеровская
БСт. 0 <0,14 — —
БСт. Зкп <0,12 <0,07 0,25—0,55
БСт. 3 <0,12 0,12—0,35 0,25—0,55
БСт. 4кп 0,12—0,20 <0,07 0,35-0,55
БСт. 4 0,12—0,20 0,12-0,35 0,35—0,55
БСт. 5 0,17—0,30 0,12-0,35 0,50-0,80
БСт. 6 0,26—0,40 0,12-0,35 0,60-0,90
Примечание. В стали марок МСт.О и КСт.О содержится <0,070% Р, <0,060% S> в стали БСт.0<0,090% Р, <0,070% S.
В остальных марках мартеновской и конвертерной стали <0,045 >/0 Р, <0,055% S, в бессемеровской стали <0,080% Р, <0,060% S.
Сталь подгруппы В изготовляется мартеновским способом следующих марок: ВСт. 2кп, ВСт. Зкп, ВСт. 3, ВСт. 4кп, ВСт. 4 и ВСт. 5.
Для стали подгруппы В гарантируемыми характеристиками являются:
а) а г, <звр и о по данной таблице, кроме стали марки ВСт. Зкп 2-го разряда, для которой аг>23 кг/мм2;
б) верхние пределы содержания С, Si, S и Р (для спокойной и полуспок ойной стали;
в) содержание Сг, Ni Cu<0,30% каждого.
Таблица 25
Химический состав низколегированной стали (по ГОСТ 5058—57)
Содержание элементов в %
Марка стали С s Мп | Сг | N1 | I Си
15ГС 0,12-0,18 0,70-1,00 0,90-1,30 <0,30 <0,30 <0,30
)8Г2С 0,14-0,23 0,60-0,90 1,20-1,60 <0,30 <0,30 <0,30
25Г2С (25ГС) 0,20-0,29 0,60-0,90 1,20-1,60 <0,30 <0,30 <0,30
10Г2СД (МК) <0,12 0,80-1,10 1,30-1,65 <0,30 <0,30 0,15-0,30
14ХГС 0,11-0,17 0,40-0,70 0,90—1,30 0,50-0,80 <0,30 <0,30
30ХГ2С 0,26 0,35 0,60-0,90 1,20-1,60 0,60-0,90 <0,30 <0,30
14ХГСН 0,11-0,17 0,40-0,70 0.90-1,30 0,20-0,60 0,Ь0-1,30 <0,<0
10ХГ2СН <0,12 0,50-0,80 1,20—1,60 0,20-0,60 оло-1,зо <0,30
10ХГСНД (МС-1) <0,12 0,80-1,10 0,80-1,20 0,30-0,50 1,00-1,30 0,30-0,50
10ХСНД (СХЛ-4) <0,12 0,80-1,10 0,50-0,80 0,60-0,90 0,50-0,80 0,40-0,65
15ХСНД (СХЛ-1, МЛ-2 0,12-0,18 0,40-0,70 0,40-0,70 0,60-0,90 0,30-0,60 0,20-0,40
12ХГ (БНЛ-2) <0,14 0,25-0,50 0,40-0,80 0,40-0,70 <0,30 <0,30
to
Марка стали
С I 1 s
12ХГН 0,14 0,20-0,40
10ХГ2Н <0,12 0,20-0,40
15ХГН 0,12-0,18 0,20-0,40
14ХГ2Н 0,11—0,17 0,20—0,40
14Г 0,12-0,18 0,20-0,40
19Г 0,16-0,22 0,20-0,40
‘24Г 0,21-0,28 0,20-0,40
09Г2 0,12 0,20-0,40
14Г2 0,12-0,18 0,20-0,40
10ГНД 0,12 0,20-0,40
14ГНД 0,11-0,17 0,20—0,40
10ХНДГ1 ^0,12 0,20-0,40
Продолжение таблицы 25
Содержание элементов в %
Мп | Сг | Ni | Си
0,90-1,30 0,23-0,60 0,80-1,30 0,30
1,20—1,60 0,20-0,60 0,80-1,30 40,30
0,90-1,30 0,20-0,60 0,80-1,30 40,30
1,30-1,70 0,20-0.60 0,80—1,30 <0,30
0,70—1,00 <0,30 ;о,зо <0,30
0,70-1,00 70,30 :0,30 0,30
0,70-1,00 <0,30 0,30 <0,30
1,40-1,80 <0,30 ;0,30 <0,30
1,20—1,60 <0,30 <о’зо 0,30
0,90-1,30 0,20—0,60 0,80-1,30 0,50-0,80
0,90—1,30 0,20—0,60 0,80-1,30 0,50-0,80
0,30-0,60 0,50-0,80 0,30-0,60 0,30-0,50
Таблица 26
Механические свойства низколегированной стали (по ГОСТ 5058—57)
Марка стали Толщина проката в мм Механические свойства Загиб в холодном состоянии
ов 1 сг 8.» в %, не менее
в кг/ не mi мм*, енее
15ГС 4-10 50 35 18 180°; с=2а
11-20 48 34 18
18Г2С 6-8 60 40 14 90°; c=3d
25Г2С 6-40 60 40 14 90°; c=3d
10Г2СД (МК) 4-32 50 35 18 180°: с=2а
14ХГС 4—10 50 с5 18 180°; с=2а
11 — 20 50 34 18
30ХГ2С 10-32 f0 60 16 45°; c=^d
14ХГСН 4—10 52 37 18 —
10ХГ2СН 4-10 50 37 18 —
10ХГСНД (МС-1) 4-32 54 40 6 180°; с=2а
33-40 51 37 15
10ХСНД (СХЛ-4) 4-32 54 40 16 180°; с=2а
33-40 51 37 15
15ХСНД (СХЛ-1, НЛ-2) 12ХГ (БНЛ-2) 4-32 52 35 18 180°; с=2а
8-20 46 33 15 —
12ХГН 4-10 50 35 18 —
11-20 50 33 18 180°; с=2а
21-30 48 31 18
10ХГ2Н 4-10 50 36 18 —
15ХГН 4—10 52 36 18
11-20 49 35 18 —
14ХГ2Н 4-10 53 37 ’ 16 —
14Г 4-10 46 29 18 180°; с=2а
19Г 4—10 47 30 18 180°; с—2а
24Г 4-10 49 гЗ 18
11-20 47 30 18 180°; с=2а
09Г2 4-10 46 31 18
11-24 45 30 18 180°; с=2а
25-30 44 30 18
14Г2 4-10 48 34 18 180°; с=2а
11-20 47 33 18
4-10 52 38 15 —
73
Продолжение таблицы 26
Марка стали Толщина проката в мм Механические свойства Загиб в холодном состоянии
Os 1 ат 5.о в 96, не менее
в / не ^г/мм*, менее
югнд 11-20 50 33 15
4-10 54 40 15 —
14ГНД 11—20 52 40 15
юхндп 4-12 48 35 18 180°; с=2а
Примечание: с — толщина оправки, а — толщина проката, d — диаметр стержня.
Таблица 27
Сталь конструкционная автоматная (по ГОСТ 1414—54)
* Марка стали с 1 Содержание элементов в % Мп | Si | S | Р
А12 А20 АЗО А40Г П р и м е ч может постав 0,08- 0,16 0,15- 0,25 ,0,25 - 0,35 .0,35-| 0,45 [ а н и я ляться 0,6)- 0,90 0,60- 0,90 0,70— 1,00 1,20— 1,55 : 1. С с соде] 0,15 - 0,35 0,15-; 0,35 0,15- 0,35 0,15— 0,35 таль 1 ржание 0,08- 0,08-0,15 0,20 ;0,08 не более 0,15. 0,06 0,08—! не более 0,15 0,06 0,18— не более 0,30 0,05 \12 по требованию м серы 0,08—0,15%.
2. В стали А12 при содержании фосфора менее 0,1% содержание серы должно быть в пределах 0,1 — 0,2%.
3. Стали АЗО и А40Г поставляются в термообра-ботанпом состоянии (отжиг, нормализация, высокий отпуск) или без термообработки в соответствии с заказом, а стали А12 и А20 — без термообработки,
74
Таблица 28
Механические свойства горячекатаной и холоднотянутой автоматной стали (термически не обработанной в состоянии поставки)
(ih IOCT 1414—54)
Механические свойства
горячекатаной холоднотянутой
стали 1 I В KtjMM1 для прутков
°вр в % | Ф в % | НВ диаметром в мм в % НВ
в кг}мм2 не менее до 20 | 20—30 >30
А12 42-57 22 36 160 60—80 59—75 52-70 7,0 167-217
А20 46-61 20 30 168 62-80 57—76 54—73 7,0 167-217
АЗО 52—67 15 25 185 64 - 84 60-80 55-77 6,0 174-223
А40Г 60-75 14 20 207 60— 80 (после низкого 17,0 179—229
отжига)
Механические свойства стали марки А40Г холоднотянутой для всех диаметров после низкого отжига; микроструктура — пластинчатый перлит + феррит; структура зернистого перлита не допускается.
о
Таблица 29
Химический состав, механические свойства углеродистой качественной конструкционной стали
(по ГОСТ 1050—60)
Марка стали Содержание элементов в Нормы твердости НВ не более Механические свойства
С Мп сталь горячекатаная сталь оттож- женная авр в кг1 мм1 а-р в кг|.чж2 а в % Ф в % ан в кгм/см*
05кп 0,06 <0,40 Г ру ппа I
08кп 0,05 — 0,11 0,25-0,50 131 — 30 18 35 60 —
08 0,05-0,12 0,35-0,65 131 — 33 20 33 60 —
Юкп 0,07-0,14 0,25-0,50 137 — 32 19 33 55 —
10 0,07-0,13 0,35-0,65 137 — 34 21 31 55 —
15кп 0,12-0,19 0,25—0,50 143 — 36 21 29 55 —
15 0,12-0,19 0,35-0,65 143 — 38 23 27 55 —
20кп 0,17-0,24 0,25—0,50 156 — 39 23 27 55 —
20 0,17-0,24 0,35-0.65 156 — 42 25 25 55 —
25 0,22-0,30 0,50-0,80 170 — 46 28 23 50 9
30 0,27-0,35 0,50—0,80 179 — 50 30 21 50 8
35 0,32—0,40 0,50-0,80 187 — 54 32 20 45 7
40 0,37-0,45 0,50-0,80 217 187 58 34 19 45 6
45 0,42-0,50 0,50-0.80 241 197 61 36 16 40 5
50 0,47-0,55 0,50-0,80 241 207 64 38 14 40 4
Продолжение таблицы 29
Марка стали Содержание элементов в 9 Нормы твердости НВ не более Механические свойства
С Мп сталь горячекатаная сталь отожженная авр в кг1мм2 в кг/мл2 а в 07 Ф в' % ан в кгя1см*
55 0,52—0,60 0,50—0,80 255 217 66 39 13 35
60 0,57-0,65 0,50-0,80 255 229 69 41 12 35 —
65 0,62-0,70 0,50-0,80 255 229 71 42 10 30 —
70 0,67-0,75 0,50-0,80 269 229 73 43 9 30 —
75 0,72-0,80 0,50—0,80 285 241 ПО 90 • 7 30 —
80 0,77—0,85 0,50-0,80 285 241 ПО 95 6 30 —
85 0,82-0,90 0,50-0,80 302 Труп 255 п а II 115 100 6 30 —
15Г 0,12-0,19 0,70—1,00 163 — 42 - 25 26 55 —
20Г 0,17-0,24 0,70-1,00 197 — 46 28 24 50 —
25Г 0,22-0,30 0,70-1,00 207 — 50 30 22 50 9
ЗОГ 0,27-0,35 0,70—1,00 217 187 55 32 20 45 8
35Г 0,32-0,40 0,70-1,00 229 197 57 34 18 45 7
40Г 0,37-0,45 0,70-1,00 229 207 60 36 17 45 6
45Г 0,42-0,50 0,70-1,00 241 217 63 38 15 40 з
50Г 0,48-0,56 0,70-1,00 255 217 66 40 13 40 4
60Г 0,57-0,65 0,70-1,00 269 229 71 42 11 35 —
65Г 0,62-0,70 0,90-1,20 285 229 75 44 9 30 —
70Г 0,67-0,75 0,90-1,20 285 229 80 46 8 30 —
Таблица 30
Сталь легированная машиностроительная. Химический состав
Группа стали Марка стали Содержание : элементов в %
с i SI | Мп Сг | Ni 1 другие 1 элементы
Кремнемар- 27СГ 3,24 — 0,32 1,10-1,40 1,10-1,40 <0,25 <0,25 —
ганцевая 35СГ 0,32-0,40 1,10-1,40 1,10-1,40 <0,25 <0,25
36Г2С 0,32—0,40 0,40—0,70 1,50—1,80 <0,25 <0,25 —
Хромистая 15Х 0,12-0,18 0,17-0,37 0,40—0,70 0,70—1,00 <0,25 —
20Х 0,17—0,23 0,27-0,35' 0,32-0,40' 0,17-0,37 0,50 — 0,80 0,70—1,00 <0,25 —
ЗОХ 0,17—0,37 0,50-0 80 0,80— 1J0 <0,25 —
35Х 0,17—0,37 0,50—0,80 0,89—1,10 <0,25 —
38ХА 0,35-0,42, 0,17 — 0,37 0,50-0,80 0,80—1,10 <0,20 —
40Х 0.37-0,45 0,17-0,37 0,50-0,80 0,80-1,10 <0,25 —
45Х 0,4'2-0,50 0,17—0,37,0.50-0,8J 0,80—1,10 <0,25 —
50Х 0,47-0,55 0,17—0,37 |0,50-0,80 0,80-1,10 • <0,25 —
Хромоалю-миниевая 38ХЮ 0,35—0,43 0.17-0,37 :0,20—0,50 1,50-1,80 <0,25 А1 0,50-0,80
Хромо- ЗЗХС 0,30—0,38 1,00-1,30 0,30-0,60 1,30-1,60 <0,25 —
кремнистая 38ХС 0,35-0,43 1,00-1,30:0,30-0,60 1,30-1,60 <0,25 —
40ХС 0,37-0,45 1,20-1,60 0,30-0,60 1,30-1,60 <0,25 —
Хромо-кремненике-левая 16ХСН 0,13-0,20 0,60-0,90 0,30-0,60 0,80-1,10 0,60—0,90 —
Продолжение таблицы 30
Группа стали Марка стали Содержание элементов в %
с 1 Si | Мп Сг | Ni I Другие 1 ЭЛнМРНТЫ
Хромова- 15ХФ 0,12-0,18 0,17-0.37 0,40-0,70 0,80-1,10 <0,25 V 0,10-0,20
надиевая 20ХФ 0,17-0,23 0,17-0,37 0,59 0,80 0,80-1,10 <0,25 V 0,10—0,20
40ХФА 0,37—0,44 0,17-0,37 0,50-0,80 0,80-1,10 <0,20 V 0,10-0,20
50ХФА 0,47-0,54 0,17-0,37 0,50 —0,8и 0,80-1.10 <0,20 V 0,10—0,20
Хромо- 20ХГ 0,17-0,23 0,17-0,37 0,90-1,20 0.90-1,20 <0,25 —
марганцевая 40ХГ 0,37-0,45 0,17—0,37 0,90 — 1,20 0,90-1,20 <0,25 —
35ХГ2 0,32-0,40 0,17—0,37 1,60-1,90 0,40-0,70 <0,25 —
Хромо- 20ХГС 0,17-0,23 0,90-1,20 0,80—1,10 0,80—1,1< <0,25 —
кремнемар- 25ХГС 0,23-0,30 0,90-1,20 0,80-1,10 ,0,80-1,10 <0,25 —
ганцевая ЗОХГС 0,28-0,35 0,90-1,20 0,89—1,10 0.80 — 1,10 <0,25 —
35ХГСА 0,32-0,39 1,10-1,40 0,80-1,10 1,10—1,40 <0,20 —
Хромо- 18ХГТ 0,17—0,23 0,17-0,37 0,80-1,10 1,00—1,39 <0,25 Ti 0,05-0,12
марганцевая ЗОХГТ 0,24—0,32 0,17-0,37 0,80-1,10 1,00-1,30 <0,25 Ti 0,06—0,12
с титаном 35ХГТ 0,32—0.41,’ 0,17-0,37 0,80-1,10 1,00-1,3 <0,25 Т1 0,06—0,12
40ХГТ 0,37-0,45 0,17-0,37 0, «О — 1,10 1,00—1,30 :U,25 Ti 0,06—0,12
Хромо- 20ХН 0,17—0,23 0,17-0,37 0,49-0.70 0,45-0,75 1,00—1,40 —
никелевая 40ХН 0,37—0,45 0,17-0,37 0,50-0,80 0,45-0,75 1,00-1,40 —
45ХН 0,42-0,50 0,17—0,37 0,50-0.80 0,45-0,75 1,00-1,40 —
50ХН 0,47-0,55 0.17—0,37 0,50-0,80 0,45—0,75 1,00-1,40 —
13П2ХА <0,15 0,17-0,37 0,30—0,6) 0,20-0,50 1,70-2,10 —
12ХН2 <0,15 0,17-0,37 0,30—0,60 0,60-0,90 1,50-1,90 —
00 С Продолжение таблицы 30
Группа стали Марка стали Содержание элементен в %
с Si | Мп | Сг | Ni I Другие 1 элементы
12ХНЗА <0,15 0,17-0,37 0,30-0,60 0,60—0,90 2,80-3,20
20ХНЗА 0,18-0,24 0,17—0,37 0,30-0,60 0,60-0,90 2,80-3,20 —
Хромони- ЗОХНЗА 0,27-0,34 0,17—0,37 0,30—0,60 0,60 -0,90 2,80-3,20 —
келевая 12Х2Н4А <0,15 0,17-U,37 0,30-0,60 1,25-1,65 3,30-3,70 —
20Х2Н4А 0,17-0,22 0,17—0,37 0,30-0,60 1,25—1,65 3,30-3,70 —
Хромони-келекремне-марганцевая ЗОХГСНА 0,27-0,34 0,90-1,20 1,00-1,30 0,90—1,20 1,40-1,80 —
Хромоникелемарган- 18ХГН 0,16-0,22 0,17—0,37 0,80—1,10 0,40-0,70 0,40-0,70 —
ЗОХГНА 0,28-и,35 0,17-0,37 0,60-0,90 0,90-1,20 0,30—0,60 —
цевая 38ХГН 0,35-0,43 0,17—0,37 0,80-1,10 0,50-0,80 0,70-1,10
30Х2ГН2 0,27-0,34 0,17-0,37 0,80-1,10 1,40—1.70 1,40—1,80 —
Хромо- 15Х2ГН2ТА 0,13-0,18 0,17-0,37 0,70—1,00 1,40—1,80 1,40-1.80 Ti 0,06-0,12
никелемарганцевая с титаном 25Х2ГНТА 0,23—0,29 0,20-0,50 0,80—1,10 1,30-1,70 0,90-1,30 Ti 0,06-0,12
Хромоникелемолибденовая 40ХНМА 0,37—0,44 0,17—0,37 0,50-0,80 0,60-0,90 1,25-1,65 Mo 0,15— -0,25
Справочник
Продолжение таблицы 30
Группа стали Марка Содержание элементов в %
стали с 1 Si | Мп 1 Сг 1 Ni 1 друГИе 1 1 1 элементы
Хромони- 18Х2Н4ВА 0,15-0,20 1,17-0,37 0,25—0,55 1,35-1,65 4,00—4.50 । W 0,80-1,20
келевольф- 40ХНВА 0,37—0,44 0,17-0,37 0,50-0,80 0,60-0,90 1,25-1,65 W 0,80-1,20
рамовая 35ХНВ 0,34-0,42 0,17—0,37 0,25-0,50 1,30—1,70 1,30-1,70 i W 0.50—0,80
35XH3B 0,34—0,42 0,17-0,37 0,25-0,50 0,80-1,20 2,75-3,25 W 0,50-0,80
30Х2Н2ВА 0,27—0,34 0,17-0,37 0,30—0,60 1,60-2,00 1.40-1,80 W 1,20-1,50
15ХГНВА 0,13—0,18 0,17—0.37 0,65-0,95 0,75—1,05 0,50-0,90 W 0,50 — 0.80
ЗОХГНВА 0,25-0,32 0,17-0,37 0,65—0,95 0.75-1,05 0,50—0,90 W 0.50-0,80
40ХГНВА 0,36—0,43 0,17-0,37 j,b5—0,95 0,75-1,05 0,50-0,90 W 0,50-0,80
Хромони- 30ХН2ВФА 0,27—0,34 0,17-0.37 0,30-0,60 0,60-0.90 2,00-2,50 W 0,40—0,70
келевольф- V 0,15-0,30
рамованади- 30Х2Н2ВФА 0,27-0,34 0,17-0,37 0,30-0,60 1,60-2,00 1,40—1,80 W 1,20-1,50
евая V0,18-U,28
35ХНЗВФ 0,34-0,42 0,17—0,37 0,25—0,50 1,00-1,40 3,00-3,50 W 0,50-0.80 V0,10-0,20
Хромомо- 38ХМЮА 0,35-0,42 0,17—0,37 0,30-0,60 1,35-1,65 <0,20 Mo 0.15-0.25
либденоалю- Al 0,70—1,10
миниевая
Хромомо- 12ХМ <0,15 0,17-0,37 0,40-0,70 0,40—0,60 .0,25 Mo 0,40-0,55
либденовая 15ХМ 0.12—0,18 0,17-0,37 0,40-0,70 0,80—1,10 <0,25 Mo 0,40—0,55
ЗОХМ 0,26-0,34 0,17-0,37 0,40—0,70 0,80-1,10 <0,2э Mo 0,15-0,25
35МХ 0.32-0,40 0,17-0,37 0,40—0,70 0,8 J-1,10 <0,25 Mo 0.15-0,25
Продолжение таблицы 30
Группа стали Марка стали Содержание элементов в °j
С i Si | Мп 1 Сг | Ni I дру|не 1 элементы
Хромовольфрамовая 35ХВ 0,34-0 42 0,17—0,37 0,25-0,50 0,90—1,30 j <0,25 W 0,50-0,80
Хромомо-либденова- 12ХМФ 0,08—0,15 0,17-0,37 0,40-0,70 0,40—0,60 J <0,25 Мо 0.25-0,35 V0,15-0,30
надиевая 25Х2МФА 0,22-0.29 0,17-0,37 0,40-0,70 1,50-1,80 <0,20 Мо 0,25-0,35 V0,15-0,30
12Х1МФ 0,08—0,15 0,17-0,37 0,40-0,70 0,90-1,20 <0,25 Мо 0,25-0,35 v 0,15-0,39
Хромо-вольфрамо-алюминие-вая с ванадием 38ХВФЮ 0,35—0,43 0,17—0,37 0,20—0,40 1,50-1,80 <0,25 W 0,20-0,40 А1 0.40-0,70 V 0,10-0,20
Молибденовая 16М 0,13-0,19 0,17-0,37 0,40-0,70 <0,30 <0,25 Мо 0,40-0,55
Боросодер- 15ХР 0.12-0,18 0,17-0,37 0.40 -0,70 0,70-1,00 <0,25 В 0,002-0,005
жащая 35ХРА 0,33-0,40 0,17-0,37 0,50-0,80 0,80-1,10 <0,20 В 0,002—0,005
40ХР 0,37-0,45 0,17-0,37 0,50-0,80 0,80-1,10 <0,25 В 0,002-0,005
20ХГР 0,18-0,24 0,17-0,37 0,70-1,00 0,80-1,10 <0,25 В 0,002-0,005
СЬ Продолжение таблицы 30
Группа стали Марка Содержание : элементов в %
стали с 1 1 Si I Мп | Сг Ni другие элементы
40ХГР 18ХСНРА 15Х2ГН2ТРА 0,37-0,45 0,16-0,21 0,12-0,18 [о, 17-0,37 0,60-0,90 0,17—0,37 0,70—1,00 0,60-0,90 0,70—1,00 0^0 —1 оо 1 1 1 ООО ОО ОО •’3' о о <0,25 0,80-1,10 1,40—1,80 В 0,002-0,005 В 0,002-0,005 В 0,002-0,005 ТЮ,06—0,12
Примечания: 1. В обозначении марки стали две первые цифры определяют среднее содержание углерода в сотых долях процента; буквы обозначают: В — вольфрам; Г — марганец; М — молибден; Н — никель; Р — бор; С — кремний; Т — титан; Ф — ванадий; X — хром; Ю — алюминий. Цифры после букв определяют примерное процентное содержание данного элемента в целых единицах, причем, если элемента содержится около 1% или меньше, цифра 1 после соответствующей буквы не ставится.
2. Легированные стали качественные должны содержать фосфора и серы не более 0,035% каждого и остаточной меди не более 0,20%, а высококачественные — фосфора и серы не более 0,025% каждого и остаточной меди не более 0,20%.
3. Все высококачественные стали (в отличие от сталей качественных) имеют в обозначении марки букву А (ставится в конце).
4. В сталях, легированных вольфрамом (в марках 38ХВФЮ, '18Х2Н4ВА и 40ХНВА), последний может быть частично заменен остаточным молибденом из расчета одна весовая часть молибдена заменяет 3—4 весовые части вольфрама.
5. Сталь марки 50ХФА, предназначенная для изготовления проволоки, может поставляться с содержанием марганца 0,30—0,60%, ванадия 0,15—0,25%.
Таблица 31
Нормы механических свойств легированных машиностроительных сталей на термически обработанных образцах_____________________________
Марка стали Твердость отожженной или отпущен. стали, НВ не более Закалка | Отпуск Предел прочности Сер при ра-стяж. в кг/мм2 Предел текучести аг в кг/мм2 Относительное удлинение о5 в % Относительное сужен. ПЛОЩ. попе-реч. сеч. ф в % Ударная вязкость , в кг/см* Размер сечения заготовок для термической обработки (круг или квадрат) мм
Температура в °C и охлаждающая среда
не мене е
27СГ 217 920 в. 420 в., м. 100 85 12 40 5 25
35СГ 229 900 в. 590 в. 90 75 15 40 6 25
36Г2С 229 880 вз. 600 вз. 80 60 15 45 6 25
15Х 179 1880, II 770- 180 вз., , м. 75 60 14 45 8 15
82U в., м.
20Х 179 1 880, II 770— 180 вз., , м. 80 65 12 45 6 15
820 в., м.
ЗОХ 187 860 м. 500 в., м. 90 75 13 45 7 25
35Х 197 860 м. 500 в., м. 95 80 12 50 7 25
38ХА 207 860 м. 550 в., м. 100 85 12 50 9 25
\
Марка стали Твердость отожженной или отпущен. стали, НВ не более Закалка | Отпуск
Температура в °( щая с{ > и охлаждаю-)еда
40Х 207 850 м. 550 в., м.
45Х 217 840 м. 520 в. м.
50Х 229 830 м. 520 в., м.
38ХЮ 217 930 м., т. в. 630 в., м.
ЗЗХС 241 920 в., м. 630 в., м.
38 КС 255 900 м. 630 м.
40ХС 255 900 м. Изотермическаз 900—910°С в । 330—350°С, за! ние на воздухе 540 м. я закалка при селитре при ем охлажде-
16ХСН 156 900 в. 350 вз.» м.
15ХФ 187 I 880, II 770— 820 в., м. 180 вз. м.
20ХФ 197 1 I 880, II 770— 820 в., м. 180 вз., м.
Продолжение таблицы 31
Предел прочно- Предел Относи- Относительное Ударная вязкость в кг/см* се X S" о ню X
сти <3вр при ра-стяж. в кг! мм* текучести 07 в кг/мм* тельное удлинение Вг в % сужен. ПЛО1Ц. попе-реч.сеч. ф в % змер сечен 'OTOBOK для ческой обр; (круг или адрат) в
я = х m
не менее а cn S х X
100 85 10 45 6 25
105 90 9 45 5 25
110 95 9 40 5 25
95 80 12 50 8 30
95 80 13 50 8 25
100 85 12 50 8 25
125 ПО 12 40 5 25
65 50 12 45 25
80 65 14 50 8 15
85 1 70 13 50 8 15
оо о>
Твер- Закалка | Отпуск
отожженной Температура в °C и охлаждаю-
Марка стали или от- щая среда
пущен.
стали, НВ не более
40ХФА 241 880 м. 650 В., М.
50ХФА 255 860 м. 520 в м.
20ХГ 187 ^80 м. 180 вз., м.
40ХГ 229 840 м. 520 в., м.
35ХГ2 229 860 м. 600 в., м.
20ХГС 207 880 м. 500 в., м.
25ХГС 217 880 м. 480 в., м.
ЗОХГС 229 880 м. 540 в., м.
35ХГСА 229 Изотермическая I закалка при
880°С в смеси калиевой и
натриевой селитры при 280— 310°С. Затем охлаждение на
воздухе. I 950°, 700° вз. м., отпуск
II 890 м. 230 вз., м.
Продолжение таблицы 31
Предел прочности ^вр при ра-стяж. в кг/мм* Предел текучести аг в кг/мм* Относительное удлинение в в % Относительное сужен, площ. попе-реч.сеч. ф в % Ударная вязкость в кг{см* змер сечения 'отовок для тер-ческой обработ-(круг или
не менее Ра заг ми ки ш
90 75 10 50 9 25
130 115 10 45 (4) 25
90 75 10 45 (6) 15
100 85 9 45 6 25
Ь5 70 12 45 8 25
80 65 12 45 7 25
ПО 95 10 40 6 15
ПО 95 10 45 5 25
165 140 10 40 5 В образ-
цах
Продолжение таблицы 31
Марка стали Твердость отожженной или отпущен. стали, НВ не более Закалка Отпуск Преюл прочности ^вр при ра-стяж. в кг (мм* Предел текучести ОуВ кг {мм* Относительное удлинение 5 в % Относи • тельное : сужен. • площ. попе-реч.сеч. в % . Ударная вязкость в кг! см* Размер сечения заготовок для термической обработки (круг или квадрат) в мм
Температура в °C и охлаждающая среда
не менее
18ХГТ ЗОХГТ 35ХГТ 40ХГТ 20ХН 40ХН 45ХН 50ХН 13Н2ХА 12ХН2 12ХНЗА 20ХНЗА сОХНЗА 12Х2Н4А 217 229 229 2ч 1 197 207 207 207 207 207 217 229 241 255 I 880, II 870 м. I 880, II 850 м. 1 880, II 850 м. I 880, II 850 м. I 860, II 760— 810 в., м. 820 в., м. 820 в., м. 820 в., м. I 860, II 770-810 в., м. I860, II 760— 810 в., м. I 860, II 760-810 м. 820 м. 820 м. I 860, II 780-800 м. 200 в., м. 2С0 в., м. 580 в., м. 580 в., м. 180 в., м. 500 в., м. 53U в., м. 530 в., м. 180 вз., м. 180 вз., м. 180 вз., м. 500 в., м. 5с0 в., м. 180 вз., м. h5 J50 115 125 80 100 105 110 60 85 ICO 95 110 120 95 130 95 105 65 85 90 95 45 70 85 80 90 100 10 9 10 9 14 11 10 9 14 12 12 12 10 10 50 45 50 45 55 45 45 40 50 50 55 55 50 50 8 6 8 6 10 7 7 12 9 10 10 8 9 В образцах То же 25 25 15 25 25 25 15 15 15 25 25 15
Твердость отожженной или отпущен. стали, НВ не более Закалка I Отпуск
Марка стали Температура в °C и охлажда! щая среда
20Х2Н4А 269 I860, II 780 — 800 м. 180 вз., м.
ЗОХГСНА 255 900 м. 200 вз., м.
18ХГН 197 I860, II 770 — 810 в., м. 180 вз., м.
ЗОХГНА 229 880 м. 500 в., м.
38ХГН 229 850 м. 570 в., м.
30Х2ГН2 225 870 м. 200 вз., м.
15Х2ГН2ТА 269 I 860, II 770-810 м. 180 вз., м.
25Х2ГНГА 269 1900, 11860 м. 180 вз., м.
40ХНМА 269 850 м. 620 в., м.
18Х2Н4ВА 269 I 950, II 850 вз. 180 вз., м.
40ХНВА 269 850 м. 620 в., м.
35ХН1В 269 850 м. 590 вз.
35XH3B 269 850 м. 590 вз.
Продолжение таблицы 31
Предел прочно- Предел Относи- Относительное Удар- О. н к <1» о 5 ~ я
ст и теку- тельное сужен. <У
$вр при ра-стяж. в кг 1мм2 чести аг в кг! мм2 удлинение в в % площ. попе-реч.сеч. ф в % кость в кг/см2 мер сеч отовок д еской о (круг и. Драт) в
° С-
со ci = = а
не менее CU со 2 к *
140 120 9 45 8 15
165 140 9 45 6 В образцах
85 70 12 50 7 15
ПО 85 10 45 7 25
90 80 12 45 10 25
150 135 10 45 7 В образцах
100 90 12 55 11 15
150 135 10 45 7 В образцах
100 85 12 55 10 25
120 105 12 55 11 15
110 95 12 50 8 25
105 95 12 50 8 25
ПО 100 12 50 8 25
Твердость отожженной или отпущен. стали, НВ не более Закалка | Отпуск
Марка стали Температура в °C и охлаждающая среда
30Х2Н2ВА 269 860 м. 580 вз., м.
15ХГНВА 229 860 м. 150—170 в.,м
ЗОХГНВА 255 860 м. 450—520 в.,м
40ХГН^А 269 860 м. 450—530 в.,м
30ХН2ВФА 269 860 м. 680 вз.
30Х2Н2ВФА 269 910 м. 610-650 вз.,
35ХНЗВФ 269 850 м. 550-620 вз.
38ХМЮА 229 940 м., т. в. 640 В., М.
12ХМ 156 900 вз. 650 вз.
15ХМ 156 9С0 вз. 650 вз.
ЗОХМ 229 880 м., т. в. 540 в., м.
35ХМ 241 850 м. 560 в., м.
35ХВ 229 850 м. 550—620 вз.
12ХМФ 156 970 вз. 750 ВЗ.
_ 25Х2МФА 241 900 м. 620 вз.
8 12Х1МФ 156 970 вз. 750 вз.
Продолжение таблицы 31
Предел прочности авр при ра-стяж. в кг/мм2{ Предел текучести аг в кг! мм2 \ Относительное удлинение 8. в %J Относительное сужен, площ. попе-реч.сеч. ф в % Ударная вязкость в кг1см2 Размер сечения заготовок для термической обработки (круг или квадрат) в мм
не менее
100 85 12 55 12 25
120 100 10 45 8 25
90 65 12 55 14 25
115 100 10 50 9 25
120 100 8 50 6 25
90 80 10 45 9 25
105 85 12 55 10 25
120 110 12 50 8 25
100 85 15 50 9 30
42 27 24 60 14 30
45 30 22 60 12 30
100 85 12 45 8 25
105 90 12 45 8 25
100 90 12 50 8 25
45 23 22 50 10 30
95 80 14 55 8 25
1 50 25 22 50 9 30
Продолжение таблицы 31
Марк Твердость отожженной или отпущен. стали, НВ не более Закалка । Отпуск Предел прочности Сер при ра-стяж. в кг[ мм2 Предел текучести ог в кг/мм* Относительное удлинение ог в % Относительное сужен, площ. попе-реч.сеч. ф в % Ударная вязкость в KZjCM2 Размер сеч-ния з 1 отовок для термической обработки (круг или квадрат) в мм
Температура в °C и охлаждающая среда
не менее
38ХВФЮ 16М 15ХР 35ХРА 40ХР 20ХГР 40ХГР 18ХСНРА 15Х2ГН2ТРА 229 149 187 217 229 197 241 197 229 930 м., т. В. 880 вз. I860, II 770-810 м., в. 860 м. 86U м. 1910, II 870 м. 850 м., 900 м., в. 850 м. 640 в., м. 630 вз. 180 вз., м. 540 в., м. 540 в., м. 200 вз, м. 550—600 в., м. 200 вз., м. 170 вз., м. 100 40 80 95 100 100 100 130 105 85 25 6j 80 80 80 80 110 90 15 25 12 12 12 9 И 10 12 50 60 45 50 50 50 45 ; 45 55 1 i 9 12 8 9 9 8 1 8 7 10 i 30 30 15 25 25 15 25 15 25
Примечания: 1. Вода — в.; теплая вода — т. в.; масло -- м.; воздух — вз.
2. Температура закалки и отпуска указана средняя. Допускаются следующие отклонения: пр» закалке т 10°С, при низком отпуске г 20°С. При высоком отпуске з- 40°С.____
3. Для стали 18Х2Н4ВА закалка образцов размером 80 мм и больше производится в обойме.
4. Боросодержащие стали перед закалкой нормализуются ’при температуре 920—930°С.
5. Для стали хромомарганцевой с титаном первая закалка может быть заменена нормализа~ цией при температуре 960—970°С (для стали 40ХГТ при 950—960°С).
6. Нормы, указанные в скобках, устанавливаются для испытаний по требованию заказчика,
7. Приведенные нормы механических свойств относятся к образцам с продольным направлением подокна и распространяются на прутки-штанги размером сечения до 100 мм включительно; при испытании ьрутков-штанг размером сечения 101—150 мм допускается понижение относительного удлинения на 2 % (абсолютных), относительного сужения на 5 % (абсолютных) и ударной вязкост на 10 % против норм.
Таблица 32
Сталь качественная рессорно-пружинная горячекатаная (сортовая)
Химический состав (по ГОСТ 2052—53)
Содержание элементов в %
Марка S 1 р
Ni Другие 1
С Si Мп Сг
элементы не более
65* 0,62-0,70 0,17-0,37 0,50-0,80 <0,25 <0,25 0,040 0,040
70* 0,67—0,75 0,17-0,37 0,50-0,80 <0,25 <0,25 — 0,040 0,040
75** 0,72-0,80 0,17-0,37 0,50—0,80 <0,25 <0,25 — 0,040 0,040
85** 0,82-0,90 0,17-0,37 0,50-0,80 <0,25 <0,25 — 0,040 0,040
55ГС 0,52-0,60 0,50-0,80 0,60-0,90 <0,30 <0,40 — 0,045 0,040
65Г* 0,62-0,70 0,17-0,37 0,90-1,20 <0,25 <0,25 — 0,040 0,040
50С2 0,47—0,55 1,5(’-2,СО 0,60-0,90 <0,30 <0,40 — 0,040 0,040
55С2 0,52-0,60 1,50-2,00 0,60-0,90 <0,30 <0,40 — 0,040 0,040
6002 0,57—0,65 1,50-2,00 0,60-0,90 <0,30 <0,40 — 0,040 0,040
60С2А 0,56-0,64 1,60-2,00 0,60-0,90 <0,30 <0,40 — 0,030 0,030
70СЗА 0,66—0,74 2,40-2,80 0,60-0,90 <0,30 <0,40 — 0,030 0,035
ЗС2А 0,60-0,65 1,80—2,20 0,60-0,90 <0,30 <0,40 — 0,030 0,030
50ХГ 0,46-0,54 0,17-0,37 0,70-1,00 0,90—1,20 <0,40 — 0,040 0,040
50ХГА <£> 0,46—0,54 0,17—0,37 0,80-1.00 0,95-1,20 <0,40 — 0,030 0,030
S Продолжение таблицы 32
Марка стали Содержание элементов в %
С Si Мп Сг Ni Другие элементы S | Р не более
50ХФА**| 0,47-0,54 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 ]0,80— 1 10| <0,20 |V 0,10-0,20| 0,025] 0,025
50ХГФА | 0,48—0,55 0,17-0,37 0,80-1,00 0,95—1,2о| <0,40 | V 0,15-0,25 | о.озо! | 0,030
60С2ХФА | 0,56-0,64 | 1,40-1,80 | 0,40-0,70 0,90-1,20 1 <0,40 V 0,10-0,2о| 0,03о| 0,035
60С2ХА | 0,56-0,64 | 1,40-1,80 | | 0,40-0,70 | 0,70—1,00 | <0,40 1 - 1 0,030 0,035
65С2ВА | 0,61-0,69 1,50-2,00 | 0,70-1,00 <0,30 <0,40 W 0,80-1,20 0,030 0,035
60С2Н2А 0,56-0,64 1,40—1,80 | 0,40-0,70 <0,30 1,40-1,70 — 0,030 0,035
55СГ 0,50-0,60 1,30-1,80 0,80-1,00 <0,30 <0,40 — 0,040 0,040
60СГ 0,55-0,65 1,30-1,80 0,80-1,00 <0,30 <0,40 — 0,040 0,040
60СГА 0,56-0,64 1,30-1,80 0,80-1,00 <0,30 <0,40 — 0,030 0,030
* Химический состав — по ГОСТ 1050 —57.
** Химический состав — по ГОСТ 4543 — 57.
Таблица 33
Химический состав и назначение высокоуглеродистых шарикоподшипниковых сталей (по ГОСТ 801—58)
Марка стали Содержание элементов в % Назначение
С Сг Мп Si S Р Шарики диаметром в мм Ролики диаметром в мм
не б юлее
1IIX6 1,05—1,15 0,40-0,70 0,2-0,4 0.17—0,35 1 0,020 0,027 До 13,5 До 10
П1Х9 1,00—1,10 0,90-1,20 0,2-0,4 0,17-0,35 0,020 0,027 13,5-22,5 10-15
П1Х15 0,95-1,05 1,30-1,65 0,2-0,4 । 0,17-0,35 0,020 0,027 Св. 22,5 15-30
1ПХ15СГ 0,95-1,05 1,30-1,65 0,9-1,2 0,40-0,65 0,020 0,027 — Св. 30
Примечание. Содержание никеля в стали каждой марки не должно превышать 0,3%, а содержание меда — 0,25%.
со
Таблица 34
Химический состав сталей, применяемых для холодной штамповки (по ГОСТ 1050—57)
Химический состав в %
Марка Мп Si S 1 р 1 Ni 1 1 Сг
С
не более
05 КП <0,06 <0,35 <0,03 0,04 0,04 0,30 0,15
08 кп 0.05—0,12 0,25—0,50 <0,03 0,04 0,04 0,30 0.15
10 кп 0,07—0,15 0,25—0,50 <0,08 0,045 0,04 0,30 0,15
15 кп 0,12-0,20 0,25-0,50 <0,08 0,045 0,04 0,30 0,30
20 кп 0,17-0,25 0,25—0,50 <0,08 0,045 0,04 0,30 0,30
08 пс 0,05-0,12 0,25—0,50 <0,17 0,040 0,04 0,30 0,15
10 0,07-0,15 0,35-0,65 0,17-0,37 0,045 0,04 0,30 0,15
15 0,12—0,20 0,35—0,65 0,17-0,37 0,045 0,04 0,30 0,30
20 0,17—0,25 0,35-0,65 0,17—0,37 0,045 0,04 0,30 0,30
25 0,22-0,30 0,50-0,80 0,17-0,37 0,045 0,04 0,30 0,30
30 0,z7—0,35 0,50-0,80 0,17-0,37 0,045 0,04 0,30 0,30
35 0,32-0,40 0,50—0,80 0.17—0,37 0,045 0,04 0,30 0,30
40 0,37-0,45 0,50-0,80 0,17-0,37 0,045 0,04 0,30 0,30
45 0,42-0,50 0.50-0,80 0,17-0,37 0,045 0,04 0,30 0,30
50 0,47—0,55 0,50-0,80 0,17-0,37 0.045 0,04 0,30 0,30
типа 08 кп* <0,08 0,30-0,45 <0,010 0,030 0.020 0,10 0,03
Содержание меди С ОД5%; сталь поставляется
по техническим условиям.
Таблица 35
Марки стали, применяемые для холодной штамповки
Группа вытяжки Сталь
кипящая полуспо-койная спокойная
Нормальная 1 05 кп; 08 кп;’ 10 кп; 15 кп и 20 кп (8 ПС 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45 и 50
Глубокая ! 05 кп; 08 кп; 10 кп; 15 кп и 20 кп 08 ПС 10; 15; 20; 25; 30; 35
Весьма глубокая I 05 кп; 08 кп; 10 кп; 15 кп 1 и 20 кп 08 пс 10; 15; 20
Особо сложная штамповка । Типа 08 кп — —
Таблица 36
Химический состав углеродистой стали для холодной высадки
1 Марка I стали ГОСТ Седер ка: не элементов в %, не более
С Мп Si S Р Остальные элементы
10 1051-50 0,07— 0,15 0.50 о, оз 0,04 0,04
15 1051-50 0,12-0,20 0,50 0,07| 0,04 0,04 0,20Сг; 0,30 Ni
15 5663-51 0,15 — 0,20 0,35-0,65 0,17— 0,37 0,035 0,035
20 1051-50 0,17-0,25 0,50 0,07 ' 0,04 | 0 04
30 1051-50 0,27-0,35 0,60 0,20 0,04 ,0,04
35 1051-50 0,32-0,40 [0,60 0,20 , 0,04 0,04
40 1051-50 0,37-0,45 0.60 0,20 0,04 6,04
45 1051-50 0,42-0,50 । [0.60 ',20 0 04 |0,04
95
Таблица 37
Химический состав легированных сталей для холодной высадки
Марка стали Содержание элементов в , не бо’се
С Мп S1 Сг V
40Х 15ХФ Содерж 0,34-0,42 0,12-0,20 анне серы и 0,5 -0,8 0,3-0,6 фосфора 0,20 0,20 не бол 1 0,8-1.11 0,8—1, 1| ее 0,04% I 0,1—0,2 каждого.
Таблица 38
Наибольшие степени осадки для стали разных марок [11]
Марка стали 10/0,25- 0,35% Si 10 кп (менее О.СЗ % S1) 35 40Х ЗОХГСА 60Г ШХ15
Предельная степень осадки в % 60 87 73 74 87 50 55
F2—Fi Примечание. Степень осадки равна—р— X 100, где Fj—поперечное сечение до осадки; F2—поперечное сечение после осадки.
Таблица 39 ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
Углеродистые и легированные стали для режущих инструментов (гр. I) [36]
Химический состав в %
М 6рк а_________________________________________
ста 1И С | Мп | S1 | Сг ( W
Группа 1а. Стали небольшой прокаливаемое™. Углеродистая высококачественная сталь (по ГОСТ 1435—54)
У7А 0,65— 0,74 0,15— 0,30 0,15-0,30 <0,15 —
У8А 0,75— 0,84 0,15— 0,30 0,15— 0,30 <0,15 —
96
Продолжение таблицы 39
Марка стали Химический состав в %
с 1 Мп | S1 | Сг | W
У8ГА 0,80— 0,35- 0,15- <0,15
У9А 0,90 0,85— 0,60 0,15- 0,30 0,15— <0,15
У10А 0,94 0,95— 0,30 0,15— 0,30 0.15- <0,15
У11А 1,04 1,05— 0,30 0,15- 0,30 0,15— <0,15
У12А 1,14 1,15- 0,30 0.15— 0,30 0,15- <0,15
У13А 1,24 1,25- 0,30 0,15- 0,30 0,15- <0,15
Л( 1,35 ггированн! 0,30 >ie стали 0,30 (по ГОС' Г 5950—Е 1)
Х05 1,25- 0,20— <0,35 0,40—
У11Х 1,40 1,05— 0,40 0,20 0,15 — 0,60 0,40—
(ЭИ603)* 1,15 0,40- 0,35 0,70
У11ХВ* 1,05— 0,25- 0.25— 0,40— 0,6-0,9
65Х* 1,15 0,60- 0,40 <0,40 0,40 <0,35 0,70 0,50—
В1 0,70 1,05 — 0,20— <0,35 0,75 0,10- 0,80—
ХВ5 1,25 1,25— 0,40 <0,30 <0,30 0,30 0,40— 1,20 4,5-5,5
85ХФ 1,50 0,80- 0,30- 0,70 0,45— ванадий
Труп 0,90 па 16. ( 0,60 Зтали пов <0,35 ышенной 0,70 прокалива 0,15— 0,30 емости
( 0,95- по ГОСТ <0,40 5950 —51) <0,35 1 1 >33—
X 1,10 0,95— 0,24— 0,15- 1,60 1,30—
ШХ15* 1,10 0,40 0,35 1,65
* По техническим условиям.
7 Справочник
97
Продолжение таблицы 39
Марка СТИЛИ Химический состав в %
С | Мп 1 Si 1 Сг 1 W
Х09 0,95- <0,40 <0,35 0,75—
IIIX9* 1.10 1,00- 0,20— 0,15— 1,05 0,90—
1,10 0,40 0,35 1,20 —
9ХС 0,85— 0,30- 1,20— 0,95 —
0,95 0,60 1,60 1,25 —
хвг 0,90— 0,80- 0,15— 0,90— Вольфрам
1,05 1,10 0,35 1,20 1,20— 1,60
95ХГСВФ 0,95— 0,70— 0,70— 0,70— 0,80—
(ЭИ97П** 1,(2 1,00 1,00 1,00 1.10
95ХГС 0,95— 0.80— 0,50— 1,00— —
(ЭИ553)** 1,05 1,10 0,80 1,30
Х6ВФ 1,00- <0,45 <0,35 5,50— 1,10-
(ЭИ808)** 1,15 7,00 1,15% ванадий 0,50— 0,70
Примечания: 1. Содержание никеля и меди для сталей У7А—У13А должно составлять не более 0,20%, для сталей У7—У13 — не более 0,25% каждого элемента. Содержание никеля для стали остальных марок < 0,25%, а для стали 85ХФ по требованию потребителя < 0,20%.
2. Стали ХВ5 и В1 по требованию потребителя могут содержать 0,15—0,30%V.
* По ГОСТ 801—47.
** По техническим условиям.
Таблица 40
Температуры отжига углеродистых и легированных сталей (Ю. А. Геллер и др.)
Марка стали Температура в °C
нагрева 1 изотермической | выдержки
У8, У9 740-760 600-650
У10 740-770 620-660
У11 и У12 750-780 640-680
У11ХВ 750—780 670-700
X, Х09, 85ХФ 780 - 800 710—723
Х05 770-790 680—700
9ХС, ХВГ, 95ХГС и 95ХГСВФ 780-8С0 710-720
Таблица 41
Температуры нагрева и условия охлаждения при закалке сталей группы 1 [И]
Марка стали Температура закалки в °C Охлаждающая Среда Твердость послезакадки HRq
У7А (У7) 770-800 Водный раствор щелочи (соли) или вода 1
У7А (У7) 790-810 То же2 62-64
У7А (У7) 810-830 То же3 —
У8А, У9А (У8, У9) 760-770 Водный раствор щелочи (соли) или вода, затем масло1 62-65
У8А, У9А 780-790 Масло4 60-62
(У8, У9)
У ЮЛ- УТ? А 770-790 Водный раствор щелочи (соли) или вода,
(У10- затем масло 1 63-65
У12)
У10А- 790—810 То же2 62-64
У12А (У10-У12)
7*
99
Продолжение таблицы 41
Марка стали Температура закалки в °C Охлаждающая среда Твердость после закалки HRq
У10А- 810-830 То же3
У12А (У10-У12)
У10А- У12А (У10-У12) 780—8С0( Расплавленные соли (150—170°С), затем на воздухе5 61-63
У10А— У12А 790-810 Масло 4 61-62
(У10-У12)
Х(1ПХ15) 835-850 То же 62-65
Х(1ПХ15) 840-850 Расплавленные соли (150—180°С), затем на воздухе6 61-64
9ХС 860—875 Масло4 62—64
9ХС 870-885 Расплавленные соли (150—200°С), затем на воздухе7 61-63
9ХС 870-890 Расплавленные соли (150—190°С), затем на воздухе8 59-62
95ХГС 835-850 Масло 4 63-64
95ХГС 835-850 Расплавленные соли (150—200°С), затем на воздухе7 61-63
95ХГС 840-855 Расплавленные соли (150—190°С), затем на воздухе8 59-62
95ХГСВФ 850—860 Расплавленные соли (150—200°С), затем на воздухе7 62—64
95ХГСВФ 855-865 Масло 11 62-64
1IIX6, У11Х, 800 — 820 Масло 9 62-64
УЛХВ
100
Продолжение таблицы 41
Марка стали Температура закалки в °C Охлаждающая среда Твердость йослезакалки HRq
ШХ6, У11Х, У11ХВ 800—820 Расплавленные соли (150—200°С), затем на воздухе 9 62-64
ШХ6, У11Х, У11ХВ 790-810 Вода, затем масло 10 или водный раствор щелочи 63—65
Х09 825—840 Масло 62-64
Х05 800-820 Вода 1 11 64-66
ХВ5 820-840 Вода 65-67
ХВГ 830-850 Расплавленные соли (150—180°С), затем на воздухе6 62—64
хвг 840-860 Расплавленные соли (150—170°С), затем на воздухе7 61—63
ХВГ 820-840 Масло 63-65
9ХВГ 810-830 Масло 62-64
9ХВГ 820-830 Расплавленные соли (150—160°С), затем на воздухе 5 61-63
В1 780-790 Вода 62-64
65Х 820-840 Масло 61-63
85ХФ 850-860 Масло или водный раствор щелочи (соли) 62-63
85ХФ 850-860 Расплавленные соли (150—160°С), затем на воздухе5 60-62
П р и м еч а нм е. Температура масла для всех сталей 20—40°С.
1. Для инструментов диаметром (толщиной) до
15 мм.
101
2. Для инструментов диаметром (толщиной) 15— 20 мм.
3. Для инструментов диаметром (толщиной) 20— 30 мм.
4. Для инструментов диаметром (толщиной) до 5 мм.
5. Для инструментов диаметром (толщиной) до 5—12 мм с выдержкой 1—2 мин. при 450—460°С.
6. Для инструментов диаметром (толщиной) до 15—20 мм.
7. При ступенчатой закалке с выдержкой в расплавленной соли до 3—5 мин.
9. Для инструментов диаметром (толщиной) до 15—18 мм.
10. Для инструментов диаметром (толщиной) более 18—20 мм.
11. Для получения более высокой твердости необходимо дополнительное охлаждение до —50 —60°С.
Таблица 42
Химический состав быстрорежущих сталей
Марка стал Химический состав в %
с 1 1 w 1 1 Сг 1 V 1 Мо | Со
Группа 2а. Стали обычной производи! ельнос ти
Р18 0,7— 0,8 17,5— 19,0 3,8- 4,4 1— 1,4 <0,3 —
Р9 0,85-0,95 8,5— 10,0 3,8- 4,4 2- 2,6 <0,3 —
ЭИ347 0,7— 0,8 8,5- 10,0 4,0— 4,6 1,3-1,7 <0,3 —
Группа 26. Стали повышенной производительности
РК5 0,7- 0,8 17,0— 19,0 4,0— 4,5 1- 1,4 <0,3 4.5— 5,5
102
Продолжение таблицы 42
Марка стали Химический состав в %
С 1 W I Сг V '1 Мо Со
РК10 0,75— 0,85 17,5— 19,0 4,0- 4,5 1.2- 1,6 0,3— 0,8 9.5— 10,5
Р18Ф (ЭИ916) 0,85 — 0,95 17,5— 19,0 3,8- 4,4 1,8- 2,2 <0,3 —
Р9Ф5 (ЭИ706) 1,4- 1,5 9,0- 10,5 3,8- 4,4 4,4— 5,0 <0,3 —
Р12Ф4(ЭИ915) 1,2— 1,3 12,2— 13,7 4,0- 4,5 4,0- 4,5 <0,3 —
Р9К5 (ЭИ705) 0,8— 0,9 9,0— 10,5 3,8- 4,4 1,6- 2,0 <0 3 5-6
Р9К10 (ЭИ919) 0,8-0,9 9,0- 10,5 3,8- 4,4 1,6- 2,0 <0,3 9,5- 10,5
Р10Ф5К5 (ЭИ931) 1,45— 1,55 10,0— 11,5 4,0- 4,6 4,4- 5,0 <0,4 5,5— 6,5
Р24Ф (ЭИ918) 0,85— 0,95 22— 24,0 4,0-4,6 1,8- 2,2 <0,4 —
Примечания: 1. Состав сталей Р18, Р9, Р18М и Р9М указан по ГОСТ 5952—51, остальных сталей — по техническим условиям.
2. В сталях Р18М, Р9М содержание вольфрама снижается в пределах, указанных в таблице, если содержание молибдена превышает 0,3% (на основании соотношения: 1% Мо заменяет 2% W).
3. Содержание остальных элементов не должно превышать: марганца 0,4%, кремния 0,4%, никеля 0,4%, серы 0,03%, фосфора 0,03%.
103
Таблица 43
Температура закалки быстрорежущих сталей [11]
Тип инструмента Температура нагрева в °C для сталей
Р18 | Р9 | ЭИ347
Резцы, сверла диаметром более 15—20 мм 1280— 1240— 1230—
Фасонные инструменты диаметром 10—70 мм (фрезы, протяжки и др.), сверла диаметром 5—15 мм 1300 1250 1240
1270— 1220— 1210—
1290 1240 1230
Фасонные инструменты диаметром 5—10 мм и более 70 мм 1260— 1210— 1200—
1280 1230 1220
Инструменты диаметром менее 3—5 мм 1250— 1200— 1200 —
1270 1220 1215
Таблица 44
Режимы отпуска быстрорежущей стали (температура отпуска 550—570°)
Режим
Назначение
Трехкратный или четырехкратный
Однократный или двукратный
Для инструментов диаметром 70-80 мм или охлажденных с выдержкой при 200—300° более 15—20 мин.
Для инструментов, обра* ботанных холодом
104
Таблица 45
Составы, свойства и назначение основных марок металлокерамических твердых сплавов [5]
Марка сплава Химический состав в % Твердость Удельный вес в г1см9 Предел прочности при изгибе в кг/мм* Область применен
WC Т1С Со
ВКЗа 97 — Воль 3 ф р а м с 89,5 > к о б а л 14,9 [ Ь Т О В Б 100 1 е сплавы Тонкое точение особо твердых чу-
ВИЗ 97 — 3 89,0 14,9 100 гунов Тонкое точение чугуна, цветных
ВК6 94 6 88,5 14,6 130 металлов и разных неметаллических материалов (стекло, фарфор, пластмассы), волочение проволок Полуобдирочное и чистовое точе-
ВКба 94 6 88,5 14,6 120 ние, фрезерование, сверление чугуна и цветных металлов, волочение проволоки, правка шлифовальных кругов Обработка особо твердых отбелен-
ВК8 92 — 8 88,0 14,4 140 ных чугунов Обдирочные работы с большими по-
ВК8В* 92 8 87,0 14,4 150 дачами и глубинами резания, строгальные работы, матрицы, пуансоны и т. п.
_ ВК11 89 — И 87,0 14,0 150 | Перфораторное бурение
ВК15 85 — 15 86,5 13,9 170
Продолжение таблицы 45
Марка сплава Химический состав в % Твердость HRA Удельный вес в г/см3 Предел прочности при изгибе в кг[мм? Область применен
WC TiC Со
Титанов о л ь ф р а м о в ы е сплавы
Т5К10 85 5 10 88,5 12,4 115 Обдирочные работы по стали с большими сечениями стружки при прерывистом точении с ударами
Т14К8 78 14 8 89,0- 11,1 115 Обдирочные и полуобдирочные работы по стали с большими глубинами и подачами при постоянном сечении стружки
Т15К6 79 15 6 90,0 11,0 НО Полуобдирочное и чистовое точение стали, обработка закаленной стали, точение и фрезерование на больших скоростях
Т30К4 66 30 4 91,0 9,5 95 Тонкая обработка стали с малым
Т60К6 34 60 6 91,0 7,0 75 сечением стружки на больших скоростях резания
Крупнозернистая структура.
Таблица 46
Химический состав штамповых сталей для деформирования в холодном состоянии (группа 3) [11]
Марка стали Химический состав в %
С | Мп | S1 | Сг | W | V
Группа За. Стали небольшой прокаливаемости
(по ГОСТ 1435—54)
У10 0,95—0,15— 1,04 ,0,35 0,15-0,35 <0,2 — —
У11 1,05—0,15- 1,14 0,35 0,15 — 0,35 <0,2 — —
У12 1,15—0,15— 1.24 0,35 0,15— 0,35 <0,2 — —
Ф 0,95- 0,2— 1,05 ;о,4 <0,35 — — 0,2-0,4
Группа 36. Стали повышенной прокаливаемости (по ГОСТ 5950—51)
X 1 0,95— 1,1 <0,4 <0,35 1,3- 1,6 — —
Х09 0,95— 1,1 <0,4 <0,35 0,75— 1,05 — —
9Х ' 0,8— 0,95 0,25— 0,35 0,25— 0,45 1,4— 1,7 — —
9ХС 0,85— 0,95 0,3-0,6 1,2- 1,6 0,95— 1,25 — —
8ХФ 0,75— 0,85 0,2-< 0,4 0,35 0,5-0,8 — 0,15 0,3
ХВГ 0,9 -1,05 0,8— 1,1 0,15— 0,35 0,9— 1,2 1,20— 1,60 —
9ХВГ 0,85— 0,95 0,9— 1,2 0,15— 0,35 0,5— 0,8 0,50-0,80 —
Группа Зв. Стали высокой прокаливаемости и износоустойчивости (по ГОСТ 5950—51).Стали с 12% Сг
Х12Ф1* 1,2— 1,4 <0,35 <0,4 11- 12,5 — 0,7-0,9
Х12Ф* 1,4- 1,6 <0,35 <0,4 11- 12,5 — 0,2-0,4
* По техническим условиям.
107
Продолжение таблицы 46
Марка стали Химический состав в %
с 1 Мп SI | Сг I W V
Х12М 1,45- 1,7 <0,35 <0,4 11— 12,5 0.40— О.бОМо 0,15— 0,3
Х12 2-2,3 <0,35 <0,40 11,5— 13 — —
Сталь с 5-7% Сг
Х6ВФ (ЭИ808)* 1,0- I 1,15 1 1 <0,45| <0,35 I 5,5 — [7,0 |1,1- 11,15 10,5 -|0,7
Группа ; $г. Стали повышенной вя- жости
4ХС 0,35— 0,45 <0,4 1 1,2— |1,6 1,3- 1,6 — —
6ХС 0,6- 0,7 <0,4 0,6-|1,0 1-1,3 — —
4ХВ2С 0,35— 0,44 0,2-0,4 ,0,6-0,9 1-1,3 2-2,5 —
5ХВ2С 0,45— 0,54 0,2-0,4 0,5— 0,8 1-1,3 2-2,5 —
6ХВ2С 0,55— 0,65 0,2-0,4 0,5 - 0,8 1-1,3 2,2- 2,7 —
5ХВГ 0,55— 0,7 0,9— 1,2 0,15-0,35 0,5— 0,8 0,5— 0,8 —
У7 0,65— 0,74 0,2- 0,4 0,15— [0,35 <0,20 — —
Примечания: 1. Содержание никеля не должно превышать 0,35% в высокохромистых сталях (группа Зв), 0,25% в сталях У10—У12, X, Х09, 6ХС и 0,30% в остальных сталях, если они предназначаются для изготовления штампов.
2. Для стали 9Х, назначаемой для валков холодной прокатки диаметром более 30 мм, содержание хрома может быть повышено до 1,9%, в этом случае содержание углерода устанавливается Отводе %.
3. Для стали 8ХФ по требованию потребителя содержание углерода может быть понижено до 0,65— 0,8%.
* По техническим условиям.
108
Таблица 47
Температура закалки высокохромистых сталей (нагрев в соляной ванне) [11]
Марка стали Обработка на первичную твердость Обработка на вторичную твердость
Температура нагрева в °C Твердость я/?с Температура нагрева в °C Твердость я/?с
Х12Ф1 1070-1090 61—63 1140—1160 42-48
Х12Ф 1030-1050 61—63 1130-1150 42-50
Х12М 1020-1040 62—63 1115-1130 42-50
Х12 1000-1040 61-64 — —
Таблица 48
Критические точки и температуры отжига и высокого отпуска доэвтектоидных штамповых сталей [И]
Марка стали Критические точки в °C Температура нагрева в °C
Асх Ас, для отжига I для высокого 1 отпуска
4ХС 770 860 820-840 700-740
6XG 770 835 820-840 700-730
4ХВ2С 780 840 800-820 710-740
5ХВ2С 775 820 800-820 710-740
6ХВ2С 775 810 780 - 800 700—730
5ХВГ 730 780 760—790 670-700
Таблица 49
Температура закалки в °C и твердость после закалки доэвтектоидных штамповых сталей [11]
Марка стали Закалка Я/?С Марка стали Закалка тс
4ХС 870—89о! 52-54 5ХВ2С 870-900 54-57
6ХС 840—860' 58-60 6ХВ2С 850—875 58-60
4ХВ2С 870-900 52-56 5ХВГ 840-860 56-58
109
Таблица 50
Химический состав штамповых сталей для деформирования в горячем состоянии
ГОСТ Марка стали Химический состав в %
с Мп Si | Сг | Ni | Ti; Mo; W; V
( Зтали для МОЛОТОВЫХ L итампов
5950 - 51 5ХНМ 0,5—0,6 0,5-0,8 <0,35 0,5-0,8 1,4—1,8 0,15-0,3 Mo
5950-51 5ХГМ 0,5—0» 6 1,2-1,6 0,25-0,65 0,6—0,9 — 0,15-0.3 Mo
5950- 51 5ХНВ 0,5-0,6 0,5-0.8 0,15— 0,35 0,5—0,8 1,4-1,8 0,6-1 W
5950 - 51 5ХНСВ 0,5-0,6 0,3-0,6 0,6-0,9 1,3-1,6 0,8-1,2 0,4-0,6 W
5ХНТ 0,5—0,6 0,5-0,8 <0,35 0,9—1,25 1,4-1,8 0,08-0,15 Ti
5ХНС 0,5-0,6 0,3-0,6 0,6—0,9 1,3—1,6 0,8—1,2 —
Стали [ для штампов горизонтально-ковочных машин и прессов
5950-51 ЗХ2В8 0,3—0,4 0,2-0,4 <0,35 2,2-2,7 <0,3 0,2-0,5 + +7,5-9 W
5950-51 4Х8В2 0,35-0,45 0,2-0,4 <0.35 7-9 <0,3 2-3 W
5950-51 4ХВ2С 0,35—0,44 0,2-0,4 0,6-0,9 1,0-1,3 <0,3 2—2,5 W
ЧМТУ 4Х5В2ФС 0,35— <0,35 0,8-1,2 4,5-5,5 <0.3 1,6-2,4 W
91-58 (ЭИ958) 0,45 0,8—1.2 V
ЧМТУ 4Х2В5ФМ 0,35— <0,35 <0,5 2-3 <0,3 4.5—5,5 W
91-58 (ЭИ959) 0,45 0,8—1,2 V 0,4—0,6 Mo
Продолжение таблицы 50
гост Марка стали Химический состав в %
С Мп S1 I Сг | Ni | Tl; Мо; W; V
4543-57 зохгс 0,28— 0,35 0,8—1,1 0,9-1,2 0,8-1,1 <0,4 —
5950-51 4ХС 0,35— 0,45 <0,4 1,2-1,6 1,3—1,6 <0,3 —
5950 -51 7X3 Стали д 0,6-0,75 ;ля npecc-(j 0,2-0,4 [)орм, пред <0,35 1 назначенных 3,2-3,8 1 для литья <0,3 под давл( ?нием
5632-51 3X13 0,25—0,34 <0,6 <0,6 12-14 <0,6
4543-57 12ХН2А <0,15 0,3-0,6 0,17-0,37 0,6-0,9 1,5-2,0 —
4543 -57 12Х2Н4А <0,15 0,3-0,6 0,17—0,37 1,25-1,65 3,30-3,70 —
1050—57 55 0,52-0.6 0,5—0,8 0,17—0,37 <0,25 <0,25 —
1050-57 60 ЗХ2В8, 4Х8В2, ЗОХГС, 4ХС 0,57—0,65 0,5—0,8 0,17-0,37 содержание э <0,25 лемента— <0,25 см. выше
Примечание. В стали ЗХ2В8 содержание углерода по требованию потребителя может быть повышено до 0,4—0,5%.
Таблица 51
Температура отпуска и твердость молотовых штампов [11]
Размер штампов в мм Температура нагреза в °C для деталей Твердое ib после отпуска НВ
5ХНМ 5ХГМ 5ХНВ 5ХНС 5ХНСВ 5ХНТ
Мелкие (высота до
300) . 480— 490 — 480— 480— 480— 475— 387-
Средние 510 520 510 500 510 485 444
(до 400) 520— 530- 520— 510— 510— 485- 363-
Крупные (более 400) 540 560 540 530 550 -510 387
550— 580 580— 620 550— 580 — 550 — 580 510 — 550 302— 341
Таблица 52
Критические точки сталей для молотовых штампов и температура нагрева при закалке [11]
Марка стали Критические точки в °C Температура нагрева при закалке в °C
Ас! А
5ХНМ 720 820 210 820-860
5ХГМ 709 800 229 820—840
5ХНВ 730 820 205 840-860
5ХНТ 710 760 240 830-85J
5ХНСВ 740 795 235 850—880
5ХНС 725 775 300 860-880
112
Таблица 63
Температура нагрева при отпуске хвостовой части штампов [11]
Размер штампов в мм Т гердость хвостовой части после отпуска НВ Температура нагрева в °C сталей
5ХНМ оХГМ 5ХНВ 5ХНСВ 5ХНС 5ХНТ
Мелкие и средние (высотой до 400) . . . 302-340 590—620 600-620 600-620
Крупные (высотой более 400) 248-286 650-680 670-690 640-660
Таблица 54
Стали для измерительных инструментов [И]
Марка стали Химический состав в %
С I Мп | SI | Сг
111X15 0.95-1,1 0,2- 0,4 0,15-0,35 0,35 1,3- 1,6
ХГ 1,3-1,5 0,45-0,7 1,3- 1,6
50 0,47 — 0;55‘ ’ 0,5— 0,8 0,17— 0,37 <0,25
55 0,52-0,6 0,5-0.8 0,17— 0,37 <0,25
20 0,17—0,24 0,35— 0,65 0.17— 0,37 <0,25
4X13 0,35—0,45 <0,6 <0,6 12,0-14
Х18 0,9-1 <0,7 <0,8 17,0-19
8 Справочник
113
Таблица 55
Примерное назначение инструментальных сталей (Ю. А. Геллер)
Тип инструмента Рекомендуемая марка стали
Режущие инструменты
Резцы обдирочные и фасонные для обработки материалов твердостью до НВ = 260-280 ......
Резцы для обработки материалов твердостью НВ = 2804-320
Резцы для чистовой обработки твердых материалов с небольшой скоростью резания . .
Сверла для обработки материалов твердостью до НВ = 2604-280 .
Сверла диаметром менее l-j-З мм
Сверла для тяжелых режимов резания
Сверла для обработки мягких материалов с небольшой скоростью
Фрезы для обработки материалов твердостью до НВ = 260 4-280 . . .
Фрезы для обработки материалов твердостью НВ='2804-320 . й
Фрезы для чистовой обработки твердых материалов с небольшой скоростью резания . .
Фрезы для обработки мягких материалов с умеренной скоростью резания
Долбяки
Развертки и зенкеры высокой производительности :
Развертки для обработки с умеренной скоростью резания
Стали групп
1 и 2
Р18, Р9
Р18Ф2, Р9ФК5, РК10, Р9К10
ХВ5, Р9Ф5К5
Р9. Р18 Р18
Р9Ф5К5, РК10, Р9К10
9ХС, 95ХГСВФ, 95ХГС
Р18
Р18Ф2, Р9Ф5К5, Р18
ХВ5
ХВГ, 9ХС, 95ХГСВФ Р18
Р18
9ХС, 95ХГСВФ
114
Продолжение таблицы 65
Тип инструмента Рекомендуемая марка стали
Метчики машинные Метчики ручные общего назначения: диаметром до 5—8 мм » » 8—25 мм » более 25 мм Метчики ручные для нарезания точных резьб и резьб в материалах повышенной прочности Протяжки для обработки материалов твердостью 2604-280 НВ Протяжки для обработки материалов твердостью 260 4-320 НВ . . * , То же для обработки мягких материалов , Плашки высокой производительности Плашки круглые для обработки с умеренной скоростью резания Напильники Сегменты к круглым пилам Ножовки станочные Ножовки ручные Ножовки для пищевой промышленности Деревообделочные инструменты Р18 УПХ, УПА УПХ, У11ХВ, У11А У11Х, У11ХВ Р18 Р18 Р9Ф5 XBJ , 95ХГСВФ Р9, Р18 9ХС, 95ХГСВФ УПА, У12А Р18, Р9 Р18 Р9, Х6ВФ У10А, УПА, X, 3X13, 4X13
Топоры, колуны Стамески, долота То же длинные и тонкие Ручные пилы: поперечные /продольные столярные Машинные пилы: рамные круглые плоские ленточные делительные » столярные 65Х, У7, 65 У7 65Х 85ХФ, У ИХ 85ХФ, У11Х, X У11Х, 85ХФ 85ХФ 85ХФ, IIIX15 85ХФ 85ХФ, У10А
8*
115
Продолжение таблицы 55
Тип инструмента
Рекомендуемая марка стали
Ножи длинные биметаллические для резки дерева, фанеры, бумаги: крепежная часть режущая часть
Фрезы для обработки мягких пород древесины
То же для твердых пород
Ножи строгальные
Штампы для деформирования металлов в холодном состоянии
Вытяжные штампы (пуансоны и матрицы) простой формы
То же более сложной формы или больших размеров .
Обрезные м вырубные штампы небольших размеров и без резких переходов по сечению
То же более сложной формы или больших размеров
Матрицы и пуансоны массивных вырубных штампов сложной формы
Матрицы и пуансоны для холодной высадки и прошивки
То же для тяжелых условий работы или сложной формы
Дыропробивные пуансоны для обработки толстых листов
То же для тонких листов
Прошивные пуансоны диаметром менее 1—2 мм
Чеканочные штампы с тонкой гравировкой фигуры
То же небольших размеров
Волочильные доски для калибровки стальных прутков и волочения цветных металлов
08, 10
X, ХВГ
9ХС, Х6ВФ
Р18, Р9, Х6ВФ Р9, Х12Ф1
Стали группы 3
У11, У10
X, Х09, 9Х
УП, У10
X, Х09, 9Х
Х12Ф1, Х12Ф
X, Х09
Х12Ф1, Х12Ф
5ХВ2С X, Х09, Х12Ф1
Р18
Х12Ф1, Х12Ф Ф, Х12Ф
Х12Ф1
116
Продолжение таблицы 55
Тип инструмента Рекомендуемая м?рка стати
Ножницы холодной резки: тонких листов (толщиной до 5 мм) Х12Ф1
толстых листов (толщиной до 5 мм) 6ХС, 5ХВ2С
Ножи длинные и рифельные ХВГ, 9ХВГ
Пневматические инструменты, зубила, обжимки небольших размеров, молотки, заклепочные инструменты (и 20Х) У7
То же крупных размеров, работающие с повышенными ударными нагрузками или сложной формы 6ХС, 4ХС,
Валки холодной прокатки . 4ХВ2С 9Х
Накатные ролики для обработки стали Х6ВФ, Х12Ф1
То же для мягких металлов 6ХВ2С, 5ХВ2С
Штемпели, керны X, 8ХФ
Штампы для деформирования металлов в горячем состоянии Стали группы 4
Молотовые ковочные штампы Штампы с наименьшей стороной в мм: до 300 5ХНС
до 300—400 5ХНВ, 5ХНСВ
свыше 500 5ХНСВи5ХНМ
Молотовые штоки 40ХН, 40ХНВА,
Вытяжные, прошивные и высадочные штампы Прошивные и протяжные пуансоны диаметром до 20 мм, используемые в тяжелых условиях 40Х 4Х2В8, 4Х8В2
Прошивные и протяжные пуансоны диаметром 25—35 мм ... 4ХС, ЗОХГС
То же диаметром более 35—40 мм 35ХГС, ЗОХГС
Матрицы 4ХС, 50, 55
Матрицы, используемые в тяжелых условиях 35ХГС, 4ХС
117
Продолжение таблицы 55
Тип инструмента Рекомендуемая марка стали
^Матрицы горячей высадки Ножи горячей резки металлов Х12Ф1, 8X3 6ХС, 5ХВ2С
Пресс-формы для литья (и прессования) под давлением
Детали пресс-форм для сплавов: медных алюминиевых магниевых цинковых Формы для прессования пластмасс: простой формы сложной ЗХ2В8 ЗХ2В8, 4Х8В2 ЗХ2В8 4Х8В2, 3X14 ЗОХГС, 40 50, 55, 60 12ХН2А, 12Х2Н4А
Измерительные инструменты Стали группы 5
Калибры и плитки высоких классов точности То же, но сложной формы (с возможно меньшей деформацией при закалке) То же простой формы и пониженных классов точности Лекала сложной формы Плоские шаблоны и скобы Инструменты, устойчивые против коррозии □ То же повышенной износостойкости ШХ15, ХГ 9ХВГ, ХВГ У10, У11 X, 9ХВГ 15; 20 или 50; 55 4X14 Х18
Примечание. Марки стали расположены в порядке преимущественного применения,
118
Таблица 56
СТАЛИ С ОСОБЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ Сталь высоколегированная нержавеющая и кислотостойкая, окалиностойкая и жаропрочная и сплавы с высоким омическим сопротивлением.
Химический состав (по ГОСТ 5632—51)
Название «.тали или силана 1 Марка стали** или сплава 1 Содержание элементов в %
С S1 Мп Сг Ni Другие элементы S | Р не более
I группа Нержавеющие стали
Хромистая 1X13 (ЭЖ1) <0,15 <0,6 <0,6 12,0—14,0 <0,6 — 0,030 0,035
- 2X13 (ЭЖ2) 0,16-0,24 <0,6 <0,6 12,0—14,0 <0,6 — 0,030 0,035
3X13 (ЭЖЗ) 0,25-0,34 <0,6 <0,6 12,0-14,0 <0,6 — 0,030 0,035
4X13 (ЭЖ4) 0,35—0,45 <0,6 <0,6 12,0—14,0 <0,6 — 0,030 0,035 0,035
п Х14 (ЭИ241) <0,15 <0,7 <0,7 13,0—15,0 <0,6 — 0,2-0,4
Х18 (ЭИ229) 0,9-1,0 <0,8 Кислс <0,7 )ТОСТОЙ 17,0-19,0 кие стали <0,6 — 0,030 0,030
Х17 (ЭЖ17) <0,12 <0,8 <0,7 16,0-18,0 <0,6 0,030 0,035
Х25 (ЭИ181) Х28 (ЭЖ27 и <0,20 <1,0 <0,8 23,0-27,0 <0,6 — 0,030 0,035
ЭИ349) <0,15 <1,0 <0,8 27,0-30,0 <0,6 — 0,030 0,035
Название
Марка стали
стали или
сплава или сплава С Si
Хромони- 0Х18Н9 <0,07 <0,8
келевая (ЭЯО) 1Х18Н9 <0,14 <0,8
(ЭЯ1) 2Х18Н9 0,15-0,25
<0,8
(ЭЯ2)
Х17Н2 (ЭИ268) 0,11-0,17 <0,8
Хромони- 1Х18Н9Т <0,12 <0,8
келетитановая (ЭЯ1Т)
Хромони- Х18Н11Б <0,10 <1,0
келениобие- (ЭИ398 и
вая ЭИ402)
Хромо- Х13Н4Г9 0.15-0,30 ’ <0,8
марганцево-никелевая (ЭИ100)
Хромони- Х18Н12М2Т <0,12 <0,8
кельмолиб- (ЭИ171 и
денотитано-вая ЭИ448 А
Продолжение таблицы 56
Содержание элементов в %
Мп Сг NI Другие элементы s 1 р
не ' более
<2,0 17,0-20,0 8,0-11,0 — 0,030 0,035
<2,0 17.0-20,0 8,0—11,0 — 0,030 0,035
<2,0 17,0-20,0 8,0-11,0 — 0,030 0,035
<0,8 16,0-18,0 1,5-2,5 — 0,030 0,035
<2,0 17,0-20,0 8,0—11,0 Ti( %С*— О,ОЗ)Х5 до 0,8 0,030 0,035
<2,0 17,0-20,0 9,0-13,0 Nh(%C*)X Х8до 1,5 0,030 0,035
8,0- 10,0 12,0-14,0 3,7-5,0 — 0,030 0,060
<2,0 16,0- 19,0 11,0- 14,0 Мо 2,0— 3,0,; Ti 0,3-0,6 0,030 0,035
Продолжение таблицы 56
Название стали или сплава Марка стали или сплава Содержание элементов в %
С SI Мп Сг Ni Другие элементы s 1 р
не ( 5олее
Хромони-кельмолиб-денотита-новая Х18Н12МЗТ (ЭИ183, ЭИ432 и ЭИ397) Ct3j <0,12 1и окалине <0,8 II )СТОЙКИ <2,0 тру г е до тс 16,0— 19,0 I п а *мператур1 11,0- 14,0 ы 850—900 Мо 3,0-4,0 Ti 0,3-0,6 °C 0,030 0,035
Хромокремнистая Х6С (ЭСХ6) | <0,15 1,5- 2,0 <0,7 5,0-6,5 <0,6 — 0,030 0,030
Х9С2(ЭСХ8) ,0,35-0,50 2,0— 3,0 <0,7 8,0-10,0 <0,6 — 0,030 0,030
Хромо-кремнисто-алюминие-вая Х12ЮС (ЭИ404) Стал] 0,07-0,12 и окалинос 1,2— 2,0 стойкие <0,7 : до те! 11,5— 14,0 ипературы <0,5 юоо—по Al 1,0-1,8 о°с** 0,030 0,035
Хромони-келевая I Х23Н13 1 (ЭИ319) | <0,20 | <1,0| <2,0|22,0—25,0jl2,0—15,0| - | 0,030 •1 0,035
Продолжение таблицы 56
.to
Название стали или сплава Марка стали или сплава Содержание элементов в %
С Si Мп Сг Ni Другие элементы s 1 р
не ( )Олее
Хромоникелевая Х23Н18 (ЭИ417) <0,20 <1,0 <2,0 22,0-25,0 17,0-20,0 — 0,030 0,035
Хромокремнистая Х25СЗН (ЭИ261) <0,35 2,5- 3,5 <0,7 23,0 -27,0 0,7-1,3 — 0,030 0,035
Хромотитановая Х25Т (ЭИ439) <0,15 <1,0 <0,8 23,0—27,0 <0,6 Т1(%С*)Х Х4 до0,8 0,030 0,035
Хромоникелекремнистая Х18Н25С2 (ЭЯЗС) 0,30—0,40 2,0- 3,0 <1,5 17,0-20,0 23,0-26,0 0,025 0,035
То же Х20Н14С2 (ЭИ211) <0,20 2,0- 3,0 <1,5 19,0—22,0 12,0-15,0 — 0,030 0,035
Х25Н20С2 (ЭИ283) Ста. <0,20 пи жаропр 2,0- 3,0 ючные <1,5 до тем 23,0—27,0 пературы 18,0-21,0 600—650°€ ’***:': 0,030 0,035
Хромомолибденовая Х5М(ЭХ5М) <0,15 <0,5 <0,6 4,0—6,0 — Мо'0,5— 0,6 0,030 0,030
Хромоникелекремнистая Х13Н7С2 (ЭИ72) 0,25-0,37 2,0- 3,0 <0,7 11,5-14,0 6,0-7,5 — 0,030 0,030
Продолжение таблицы 56
Название стали или сплава Марка слали или сплава Содержание элементов в %
С Si Мп Сг Ni Другие элементы s 1 р
не ( юлее
Хромо-кремнисто-молибдено-вая Х6СМ (ЭСХ6М) <0,15 1,5- 2,0 <0,7 5,0-6,5 — Мо 0,45— 0,60 0,030 0,035
Хромо-кремнисто-молибдено-вая Х7СМ 0,15 1,5- 2,0 <0,7 6,5-8,0 — Мо 0,45— 0,60 0,032 0,035
То же Х10С2М (ЭИ 107) Стали 0,35—0,45 I жаропро 1,9- 2,6 чные д <0,7 о темп 9,0—10,5 ературы 7 0,5 00—800°С' Мо 0,7-0,9 к * * * * - 0,030 0,030
Хромоникелевольфрамовая 4Х14Н14В2М (ЭИ69) 0,40-0,50 • <0,8 <0,7 13,0-15.0 । 13,0-15,0 W2,0— 2,75 Мо 0,25-0.40 0,030 0,030
То же ьо СР 1Х14Н14В2М (ЭИ257) <<0,15 <0,8 <0,7 13,0-15,0 13,0—15,0 W2,0— 0,030 9 7е» Мо0,45— 0,60 0,035
Продолжение таблицы 56
Название стали или сплава Марка стали или сплава Содержание элементов в %
С Si Мп Сг Ni I Д₽уГИе элементы s 1 р
не более
Хромони-келекремни-стовольфра-мовая Х14Н14СВ2М (ЭИ240) 0,40-0,50 2,75— 3,25 <0,7 13,0-15,0 13,0-15,0 W 1,75-2,75; Мо 0,25— 0,40 0,030 0,030
III группа
Сплавы с высоким омическим сопротивлением
Хромони- Х15Н60 <0,15 <1,0 <1,5)15,0-18,0 55,0-61,0 Остальное 0,025 0,035
келевый (ЭХН60) Х20Н80 (ЭХН80) Х13Ю4 <0,15 <0,5 <1,5 20,0—23,0 75,0-78,0 железо 0,025 0,030
Хромо- <0,15 <1,0 <0,7 12,0—15,0 <0,6 А1 3,5- 0,030 0,035
алюминие-вый (ЭИ60) 1Х17Ю5 <0,12 <1,2 <0,7 16,0-19,0 <0,6 5,5 А1 4,0— 0,030 0,035
(ЭИ 341) 0Х17Ю5 <0,06 <0,6 <0,7 16,0-19,0 <0,6 6,0 А1 4,0— 0,030 0,035
(ЭИ318) 1Х25Ю5 <0,12 <1,2 <0,7 23,0—27,0 <0,6 6,0-Al 4.5- 0,030 0,035
ЭИ 340) 6,5
Продолжение таблицы 56
Название стали или сплава Марка стали или сплава Содержание элементов в %
С Si Мп Сг NI Другие элементы s 1 L_p_
не । боле* ** *** ****1
Хромоалю-миниевый 0Х25Ю5 (ЭИ292) <0,С6 <0,6 <0,7 23,0-27,0 <0,6 А1 4,5- 6,5 0,030 0,035
Хромоникелетитановый Х20Н80Т <0,12 <0,8 <0,7 19,0-23,0 >75 Ti до 0,4 А1< 0,2 Си 0,2 0,015 0,020
То же Х20Н80ТЗ <0,08 <1,0 <0,5 19.0-23,0 Остальное 112,0-2,9 А1 0,4— 1,1 Си<0,2 0,015 0,020
* Нижний предел данного легирующего элемента определяют по количеству углерода по приведенной формуле.
** В скобках указаны прежние обозначения марок стали или сплавов.
*** К данным окалиностойким сталям относятся также кислотостойкие стали марок Х25 и Х28.
**** К данным жаропрочным сталям относится также кислотостойкая сталь марки 1Х18Н9Т.
данным жаропрочным сталям относится также кислотостойкая сталь марки § Х18Н12МЗТ.
Таблица 57
Основные свойства и примерное назначение высоколегированной нержавеющей, кислотостойкой, окалиностойкой, жаропрочной стали и сплавов с высоким омическим сопротивлением (по ГОСТ 5632—51)
Марка ст ли Основные свойства Примерное казнам
I группа
Нерэ кавеющая .и : кислотостойкая сталь
1X13 Хорошо сопротивляется атмосферной коррозии. Наибольшей стойкостью отличается после термообработки и полирования Детали с повышенной пластичностью и подвергающиеся ударным нагрузкам (турбинные лопатки, клапаны гидравлических прессов, арматура крекинг-установок)
2X13, 3X13 То же Те же детали, но с повышенной твердостью
4X13 То же Режущий, мерительный и хирургический инструмент; пружины; карбюраторные иглы; шарикоподшипники
Х14 Удовлетворительно сопротивляется атмосферной коррозии Обрабатываемые на автоматах детали, которые должны иметь гладкую поверхность и обладать повышенной стойкостью против истирания (винты, гайки и другие детали с резьбой, шестерни)
Х18 Нержавеющая Шарикоподшипники для нефтяного оборудования; втулки и другие детали, подвергающиеся сильному износу, с повышенной стойкостью против коррозии
126
Продолжение таблицы 57
Марка стали Основные свойства Примерное назначение
Х17, Кислою- Оборудование азотнокислот-
Х17Н2 стойки, окалиностойки ных заводов (башни, теплообменники для горячих газов и горячей кислоты, баки, трубопроводы и пр.). Оборудование кухонь, столовых, консервных заводов. Предметы домашнего обихода
Х25, Х28 То же Аппаратура для раствора гипохлорита натрия, дымящейся азотной или фосфорной кислоты
1Х18Н9, Кислою- В авиации — конструкцион-
2Х18Н9 стойки ный материал для самолетов, поплавки гидросамолетов; в архитектуре — материал для отделки зданий и художественных украшений; немагнитные части аппаратуры управления судов
0Х18Н9 Не ржавеет, кислотостойка, не подвержена интеркри-сталлитной коррозии Присадочный материал для электродуговой и газовой сварки хромоникелевой стали
1Х18Н9Т Кислотостойка, не подвержена интеркри-сталлитной коррозии В азотной промышленности— башни, баки, трубопроводы и пр. Автоклавы, мешалки— в лакокрасочной промышленности. Насосы и аппаратура для работы в кислотных шахтных водах. Аппаратура для переработки молока, бидоны, фляги. Бродильные баки, бочки, чаны пиво-
127
Продолжение таблицы 57
Марка стали Основные свойства Примерное назначение
Х18Н11Б Х13Н4Г9 Х18Н12М2Т и Х18Н12МЗТ Кислотостойка Хорошо сопротивляется атмосферной коррозии; подвержена иптеркри-сталлитной коррозии Кислотостойки, не подвержены интеркри-сталлитной коррозии варенных заводов. Посуда для пищи, оборудование кухонь и консервных заводов. Патрубки и коллекторы выхлопной системы авиамоторов Сварные детали, которые после сварки не могут быть термически обработаны Заменитель холоднокатаной стали 1Х18Н9 и 2Х18Н9 для прочных и легких конструкций, соединяемых точечной электросваркой Аппараты и детали, устойчивые против сернистой, кипящей фосфорной, муравьиной и уксусной кислот, против горячих растворов белильной извести и сульфитного щелока
Ока, Х6С Х9С2 Х12ЮС 11 г линостойкая i Окалиностойка до 750°С Окалиностойка до 800эС Окалиностойка до 900°С руппа I жаропрочная сталь Детали котлов, работающие с повышенной нагрузкой при температуре до 750°С Клапаны авиамоторов и детали, работающие с пониженной нагрузкой при температуре до 800°С Детали, работающие с пониженной нагрузкой при температуре до 900°С
128
Продолжение таблицы 57
Марка стали Основные свойства Примерное назначение
Х18Н25С2 Окалино- Детали, работающие в силь-
и стойки до но нагруженном состоянии:
Х25Н20С2 1100°С, жаропрочны, кислотостойки печные конвейеры, ящики для цементации, крепежные детали, подверженные действию высоких температур и давлений
Х20Н14С2 Окалиностойка до Н00°С, жаропрочна, кислотостойка Подвески и опоры в котлах (в печах)
Х23Н13 То же Трубы; сварочная проволока
Х23Н18 То же Детали установок для конверсии метана, пиролиза газов, гидрогенизации
Х25 Окалино-стойка-до 1100°С Детали, работающие при пониженной нагрузке
Х25Т То же Чехлы к термопарам
1Х18Н9Т Жаропрочна до 600°С, не подвержена интеркри-сталлитной коррозии Патрубки и коллекторы выхлопной системы моторов
Х5М Жаропрочна до 650°С Трубы; детали насосов; задвижки; подвески и опоры котлов, работающих в нагруженном состоянии
Х6СМ, Х7СМ Жаропрочны до Трубы, применяемые для крекинг-процессов в условиях
9 Справочник
129
Продолжение таблицы 5
Марка стали Основиье свойства Примерное г
650°С, оки-линостойки сернистой коррозии; части насосов, задвижки, штоки
4Х14Н14В2М Жаропрочна до 800°С, окалиностойка Клапаны моторов; детали паровых и газовых трубопроводов
1Х14Н14В2М Жаропрочна до 800 С, окалиностойка Детали пароперегревателей, работающие в условиях высоких температур и давлений
Х10С2М Х13Н7С2 Жаропрочна до 65ь°С, окалиностойка То же Клапаны моторов
Х18Н12МЗТ, X14rtl4CBzM Жаропрочны до 800JC, < ка-линосюйки Выпускные клапаны моторов
III группа
Сплавы с высоким омическим сопротивлением
Х13Ю1
1Х17Ю5
Окалиностоек до 850°с удельным элек-тросоп оти-влением 1,.6
Окалиностоек до 100и°С
Проволока для нагреватель-ных элементов бытовых приборов и реостатов
Проволока и лента для нагревательных элементов электрических печей
130
Пг.одолжение таблицы 57
Марка стали Основные свойства Примерное назначение
0X17105 с удельным электросопротивлением 1,24 ОМ.ММ^М То же То же, но с большей про-
1Х25Ю5 Окал^но- должительностью службы Проволока и лента для на-
ОХ25Ю5 стоек до 1150°С с удельным электросо-про1ивле-нием 1,40 ом. мм2/м Окалино- гревательных элементов больших электрических печей То же, но с большей про-
Х15Н60 стоек до 120 ЛС с удельным электросопротивлением 1.40 ом.мм21м Окалино- должительностью службы Проволока и лента для на-
Х20Н80 стоек и жаропрочен до 1000° С с удельным электросопротивлением 1 , 1 ом.мм2/м Окалино- гревательных элементов электрических печей То же
стоек и жаропрочен до 1100сС с удельным
9*
131
Продолжение таблицы 57
Марка стали Оснозные свойства Примерное назначение
Х20Н80Т электросопротивлением 1,11 ОМ.ММ2/М Окалино- То же
Х20Н80ТЗ стоек и жаропрочен до 1100°С с удельным электросопротивлением 1,11 ом.мм2[м Окалино- То же
стоек и жаропрочен до 1150°С с удельным электросопротивлением 1,27 ом.мм2/м
Таблица 5&
Химический состав технически чистого железа
Mai ка Содержание элементов в %, не более Стандарт или ТУ
С Мп 1 Si s 1 р 1 Си
А 0,025 0,035 0,03 0,025 0,015 0,15 ЧМТУ 2900-56
Э 0,040 0,20 0,20 0,030 0,025 0,15 ГОСТ 3836-47 для листов толщиной 0,5—3,9 мм
432
Таблица 59
Магнитные свойства низкоуглеродистых электротехнических сталей
в э, не более | Максималь ная магнитная проницаемость и. в гс[э ^мак Магнитная индукция 103 гс
Марка В5 1 В10 в25 в50 В lf0 Bjco В500
э ЭА ЭАА 1,2 1,0 0,8 3500 4000 4500 13,8 15 16,4 17,1 18,1'20,5 21,8
Примечания: 4. Цифровой индекс при букве В означает напряженность намагничивающегося поля в амперах на 1 см длины.
2. Характеристики, приведенные в табл. 59, кроме Н с, являются факультативными.
Ъ.НС гарантируется на образцах, отожженных без доступа воздуха при 900°С в течение 2 час. с медленным охлаждением до 600°С.
Таблица 60
Электромагнитные свойства тонколистовой электротехнической стали общего применения (по ГОСТ 802—58)
£
Толщина листа в мм Магнитная индукция в гс при напряженности магнитного поля в а/см
BIG | В25 | В59 | В1С0 | В300
не менее
Удельные потери! в вт;кг
РЮ/ I Р15/ I Р17/ 50 | 50 I 50 не более
Горячекатаная сталь
эп 1,0 — 15300 16300 17600 20000 5,8 13,4
Э12 1,о — 150С0 16200 17500 19800 5,5 12,5 —
ЭП — — 16300 10400 17600 20000 3,3 7,7
Э12 0,50 — 15000 16200 17500 19800 3,2 7,5
Э13 0,50 — 15С00 16200 17500 19800 2,8 6,5 —
Э21 0,50 — 14800 15900 17300 19500 2,5 6,1 —
133;
Продолжение таблицы 60
стали о X ч 1? Магнитная индгкция в гс пэи напряженности магнитного поля в а/'см Удельные потери в вт/кг
«а Си В 0 | В 5 | во | BljO | В 00 К-/50 | 15/50 1 р *7/50
° я — н н е менее не оолее
Э22 0,50 — 14800 15900 17300 19500 2,2 5,3 —
Э31 0,50 — 14Е0Э 15703 1720) 194 0 2,0 4,4 —
Э32 0,50 — 14600 1570j 17100 19200 1,8 3,9 —
Э31 0,35 — 14600 15700 17100 1920j 1,6 3,6 —
Э32 0,35 — 14600 15700 17100 192 Ю 1,4 3,2 —
Э41 0,35 — 14600 15700 17000 19000 .1,55 3,5 —
Э42 0,50 12900 14500 15600 16900 18900 1,4 3,1 —
Э43 0,50 12900 14400 15500 169 0 18900 1,25 2,9 —
Э43А 0,50 12900 0,35 13030 14403 15500 16900 1890; 1,15 2,7 —
Э41 14600 15700 170 J0 19000 1,35 3,0 —
Э42 0,35 129С0 14500 16600 16900 18900 1,2 2,8 —
Э43 0,35 12900 1440 1 15500 16900 18900 1,05 2,5 —
Э43А 0,35 2900 14400 15500 16900 18900 0,9 2,2 —
Э11С0 Хо 0,50 ЛОДНО] катана5 1530» 1 мало' 16400 гекстур 176 J0 ованна 20000 Я CT3J 3,3 1Ь 7,5 —
Э12 0 0,50 — 15300 16100 17600 2J000 2,0 6,5 —
Э1300 0,5'J — 15500 16400 1760» 2000J 2,5 5,8 —
Э310 0,50 — 15000 16000 17300 19600 1,7 3,7 2
Э3200 0,50 — 14800 15800 1720 J 19500 1,5 3,4 1 ~~
Холоднокатаная текстуровамная сталь
Э310 0,50 16000 1 17500 18300 j 19100 19800 1,1 2,45 3,2
Э320 0,50 16500 18000 18700 1920 J 1 2J000 0,95 2,1 2,8.
134
Продолжение таблицы 60
X «3 X Маг^и^ная индукция в гс при напряженности ма нитн^го поля в сфм Удельные потери в вт/кг
2 at
о. т •-в ° R10 | К5 >50 1 В100 1 взоо Р 15/ 0 1 5/5'1 1 р 117/50
S, о не менее не более
эз зо 0J0 17000 1870и 190^0 1950С 2 0Ю 0,8 1,7г 2,5
эзю 0,35 6000 17500 183 0 191(Ю 19^0i 0,8 1,75 2,5
Э320 0,35 165С0 18< 00 187С0 19204 23000 0,7 1,5 2,2
эззо 0,35 17000 185.0 19003 19500 2G000 0,6 1,3 1.9
ЭЗЗОА 0,35 17000 18300 19000 19500 20000 0,5 1,1 1,6
Примечания: 1. Листы и рулоны должны поставляться в отожженном состоянии. По требованию заказчика допускается поставка листов и рулонов без отжига. При этом в сертификате должен быть указан режим отжига стали для получения гарантируемых свойств.
2. Свойства стали, приведенные в таблице, указаны для горячекатаной стали и малотекстурованной холоднокатаной стали, не подвергающихся отжигу после нарезки, а для проб холоднокатаной текстурованной стали — после дополнительного отжига, для снятия наклепа от резки. В случае испытания проб текстурованной стали без отжига полученные результаты по удельным потерям снижаются на 10%.
3. Для малотекстурованной холоднокатаной стали разница в значениях индукции В25 вдоль и поперек листа не должна превышать: для стали марок Э1100, Э1200, Э1300—1300 гс, а для стали марок Э3100 и Э3200— 1600 гс.
135
Таблица 61
Электромагнитные свойства тонколистовой электротехнической стали, предназначенной для повышенных частот (по ГОСТ 802—58)
го к s го ~ Я ш л “ Магнитная индукция в гс Удельные потери в вт1кг Удельное электросо-
а противле-
го я Оч 03 Е И В5 | 1 В1° 1 В25 Р7,5/400 | РЮ, 400 ние в оммм21м,
£ X 2 не менее не более не менее
Э44 Э44 Э44 Э340 0,35 0,20 0,10 0,20 12100 12000 11900 15С00 13000 12900 12800 16000 14400 14200 14000 17000 10,7 7,2 6,0 7,0 19,0 12,5 10,5 12,0 0,57 0,57 0,57 0,47
Примечание. Р7,5/400 и Р10/400 — полные удельные потери при максимальных значениях индукции, соответственно равных 7500 и 10 000 гс и частоте перемагничивания 400 гц.
Таблица 62
Магнитная индукция тонколистовой электротехнической стали, предназначенной для применения в слабых магнитных полях (по ГОСТ 802—58)
Марка стали Номинальная тол- Магнитная индукция в гс при напряженности поля в а(см
। 1 ।
щина в мм ВО,002 | ВО,004 1 | ВО,008
не менее
Э45 0,35 1,2 2,6 7,7
Э46 0,35 1,5 3,3 8,8
Э45 0 20 1,3 2,8 7,0
Э46 0,20 1,6 3,5 8,8
Примечание. Удельное электрическое сопротивление не менее 0,55 ом • мм2)м.
Таблица 63
Электромагнитные свойства тонколистовой электротехнической стали, предназначенной для применения в средних полях (по ГОСТ 802—58)
5 Магнитная индукция в гс при напряженности поля в сЦсм Удельное
Марка стали лщина в ВО,03 ВО,05 вод ВО,2 ВО,5 ВО,7 В1 В2 В5 вю электросопротивле- ние в ОМММ^М,
о нем ене е не менее
Э47 0,35 — — 350 1400 4800 6100 7700 9200 12100 13000 0,55
Э48 0,35 — — 450 1700 5700 7500 8700 10200 12500 13000 0,55
Э47 0,20 — — 300 1000 38С0 5300 6600 9000 11800 12903 0,55
Э48 0,20 — — 400 14С0 4800 6200 7400 9200 12000 12900 0,55
Э370 0,50 140 400 2500 8000 12000 13000 14500 15500 16500 17000 0,47
Э380 0,50 200 550 4200 10200 13800 14700 15200 15800 16700 17003 0,47
Э370 0,35 120 250 2000 7000 11000 12000 13500 14500 16000 17000 0,47
Э380 0,35 180 450 4000 10000 13500 14500 15000 15500 16500 17000 0,47
Э370 0,20 100 200 1400 5000 9000 10400 11600 14200 15700 16700 0,47
Э380 0,20 180 450 2000 7000 11000 12000 13500 14500 16000 17000 0,47
Таблица 64
Классификация, характеристики и области применения пермаллойных сплавов (по ЧМТУ 5010—55)
Обозначение сплава Характеристика сплава Примерная область применения
45Н 50Н Сплавы с повышенной магнитной проницаемостью и наибольшей индукцией насыщения Сердечники маломощных силовых трансформаторов, дросселей, реле и деталей магнитопроводов. работающих при повышенных индукциях и при подмагничивании постоянным полем
50НП Сплав с повышенной проницаемостью, высокой индукцией насыщения и петлей гистерезиса, близкой по форме к прямоугольной Сердечники магнитных усилителей, дросселей, насыщения, устройства «магнитной памяти» и т. п.
65НП 38НХС 42НС 50НХС Сплав с высокой максимальной магнитной проницаемостью и относительно высокой индукцией насыщения, с направленными магнитными свойствами и петлей гистерезиса, близкой к прямоугольной Сплавы с повышенной магнитной проницаемостью, высоким удельным электросо- То же Сердечники им- пульсных трансформаторов и аппаратуры
138
Продолжение таблицы fi4
Характеристика сплава
Примерная область применения
противлением и малым связи звуковой и промежуточной частоты
магнитным ствием последей-
79НЛ1 Сплав магнитной мостью с высокой проницае- Сердечники малогабаритных и импульсных трансформаторов, дросселей магнитных усилителей, магнитные экраны
80НХС Сплав с особо высокой магнитной проницаемостью и повышенным электросопротивлением То же
79НМА Сплав с магнитной мостью наивысшей проницае- То же
Примечание. Марки 45Н, 50Н, 79НМ идентичны маркам Н45, Н50, Н80МЗ (по ГОСТ 5572— 50) -и Н79М4 (по ранее действовавшим техническим условиям).
139
Таблица 65
Гарантируемые магнитные свойства пермаллойных сплавов (по ЧМТУ 5010—55)
Марка сплава Толщина листа в мм Начальная проницаемость ц пэ в гс/'э, не менее Максимальная проницаемость ^мак в гс/э, не менее Индукция насыщения Bs в гс, не менее Коэрцитивная сила Hqb э, не более Удельное электросопротивление в OM'MM2lM Удельный вес в г/см3
45Н 0,35- 2,50 2500 23000 15000 0,2 0,45 8,2
0,2— 0,34 2200 20000 15000 0,25 0,45 8,2
0,1 — 0,19 1800 18000 15000 0,3 0,45 8,2
0,05— 0,09 1700 16000 150С0 0,3 0,45 8,2
50Н 1,1— 2,5 2500 25000 15000 0,18 0,45 8,2
0.5— 1,0 3000 30000 15000 0,15 0,45 8,2
0,35-0,49 3000 35000 15.00 0,12 0,45 8,2
0,2 -0,34 2600 28000 15000 0,15 0,45 8,2
0,1 — 0,19 2300 23000 15000 0,2 0,45 8,2
0,05— 0.09 1900 19030 15000 0,25 0,45 8,2
50НП 0,05— 10С0 40090 15000 0,3 0,45 0,45 8,2
0,02 900 30000 15000 0,45 8,2
65НП 0,05-ОДО 400 100000 13000 0,15 0,25 8,35
0,02-0,04 400 35000 13000 0,2 0,25 8,35
38НС 0,1 -0,19 3000 25000 9500 0,15 0,9 8,3
0,05— 0,09 3000 22000 9500 0,15 0,9 8,3
0.02— 0,04 2500 20000 9500 0,15 0,9 8,3
140
Продолжение таблицы 65
Марка сплава Толщина листа в мм Начальная проницаемость в гс1э, не менее Максимальная проницаемость ^мак в гс/э, не менее Индукция насыщения Bs в гс, не менее Коэрцитивная сила Hqb э, не более Удельное электросопро-' тивление в ом-мм21м Удельный вес в г]см*
42НС 0,10- 0,19 3000 25000 10000 о,1 0,85 8,0
0,05-0,09 3000 25000 10000 0,1 0,85 8,0
0,02— 0,04 2500 20000 10000 0,1 0,85 8,0
5QHXC 0,35 — 1,0 3200 30000 10000 0,12 0,9 8,2
0,2 -0,34 2000 28000 10000 0,15 0,9 8,2
0,1-0,19 2500 25000 10000 0,15 0,9 8,2
0,05— 0,09 2000 20000 10000 0,2 0,9 8,2
0,02-0,04 1500 12000 10000 0,3 0,9 8,2
79НМ 0,35- 2,5 22000 120000 7500 0,02 0,55 8,6
0,2-0,34 20000 100000 7500 0,03 0,55 8,6
0,1-0,19 18000 100000 7500 0,04 0,55 8,6
0,05— 0,09 16000 80000 7500 0,05 0,55 8,6
0,02— 0,04 14000 60000 7500 0,06 0,55 8,6
80НХС 1,20- 2,5 25000 150000 7000 0,01 0,63 8,5
0,5-Ы 30000 170000 7000 0,01 0,63 8,5
0,35— 0,49 35000 150000 7000 0,01 0,63 8,5
0,2— 0,34 28000 120000 7000 0,02 0,63 8,5
141
Продолжение таблицы 65
Марка сплава Толщина листа в мм Начальная проницаемость ц. 1^0 в гс'э, не менее Максимальная проницаемость ^мак в гс э, не менее Индукция насыщения В s в гс, не менее Коэрцитивная сила •*» не более Удельное i электросопротивление в ом-мм*,м Удельный вес в г/см3
0,1- 0,19 22000 100000 7000 0,03 0,63 8,5
0,05- 0,09 28000 80000 7000 0,04 0,63 8,5
0 02-0,04 16000 70000 7000 0,05 0,63 8,5
79НМА 0,80- 1,0 50000 300000 7500 0,01 0,56 8,85
0,5- 0,79 40009 300000 7500 0,01 0,56 ’ 8,85
0,35— 0,49 40000 250000 7500 0,01 0,56 8,85
0,2- 0,34 32090 150000 7500 0,02 0,56 8,85
0,1 — 0,19 30000 120000 7500 0,03 0,56 8,85
0,05— 0,09 25000 100000 7500 0,05 0,56 8,85
0,'2— 0,04 18000 80000 7500 0,С6 0,56 8,85
Примечание. Для сплавов 50НП и 65НП проницаемость факультативна.
И2
Таблица 66
Режимы отжига электротехнических сталей, сталей ВП, ХВП н сплавов пермаллой [3 и др.]
Марка стали или сплава Назначение отжига Температура нагр ва в °C Продолжительность выдержки в часах Условия охлаждения Необходимое оборудование и материалы
Сталь ЭЗА, Э4Д, Э4АА, ВП-1, нН-2, ВП-3 (ГОС 1 80.-41 Повышение магнитных свойств и нанесение окисной пленки Повышение магнитных свойств без нанесения окисной пленки (светлый отжиг) 830-870 860-900 3 3—4 50° в час. Разгрузка деталей из ящика при 150" То же Печь. Ящик из жаропрочной стали Печь. Ящик из жаропрочной стали. Защитная среда
Значительное повышение магнитных свойств за счет получения крупнозерни- стой структуры и очистки поверхности от вредных примесей (окисная пленка после отжига отсутствует) 1000-1050 10-20 60—70° в час Печь. Установка для отжига в вакууме или водороде
Продолжение таблицы 66
Марка стали или сплава Назначение отжига Температура нагрева Продолжительность выдержки в часах Условия охлаждения Необходимое оборудование и материалы
хвп Значительное повышение магнитных свойств (окисная пленка после отжига отсутствует) 780-820 3-4 50° в час. Откачка воздуха из камеры до 200°. Разгрузка при 100°С Медленное охлаждение с печью до 650°С, затем в струе воздуха Медленное охлаждение с печью до 200°С под вакуумом 100-150° в час до комнатной температуры стали ящик и Печь. Установка для отжига в вакууме или водороде
Пермаллой 78,5 Повышение магнитных свойств и нанесение окисной пленки 1170-1230 10 Печь
Мо—пермаллой Сг —пермаллой Э, ЭА, ЭАА При обычной Е Повышение магнитных свойств. Окисная пленка после отжига отсутствует Улучшение магнитных свойств м е ч а н и е. При отсутсть конструкционной стали. 1000-1100 850-930 ши жаре 8-15 3—4 шрочной Печь. Установка для отжига в вакууме или водороде Печь. Установка для отжига в вакууме или ящик из жаропрочной стали и защитная масса зготовляется из
Таблица 67
Химический состав сталей для постоянных магнитов, закаливаемых на мартенсит (по ГОСТ 6862—54)
Марка стали Химический состав в %
с 1 S1 I Мп | Сг | Ni | Другие элементы
ЕХ 0,95 1,10 0 17 0,4о 0,20— 0,40 1,30— 1,60 <0,30 —
ЕХЗ 0,90— 1,10 о,17-0,40 0,20 — 0,40 2.80- 3.60 <0,30 —
Е7В6 0,68-0,78 0,17-ОД . о,2Э 0,40 0,30-0,50 <0,30 5,2—6,2 W
ЕХ5К5 0,90- 1,05 0,17- 0,40 0,20 -0,40 5,5— 6,5 <0,60 5,5-6,5 Со
ЕХ9К15М о,gobos 0,17-0,40 0,20-0,40 8,0 - 10,0 <0,60 13,5-16.5 Со 1.2J—1,70 Мо
Таблица 68 Термическая обработка и магнитные свойства сталей, закаливаемых на мартенсит
Марка стали Рекомендуемый режим термической обработки Магнитные свойства (по ГОСТ 6862 - 54)
Остаточная индукция в гс К0ЭрЦ1> тивная сила в э
ЕХ, ЕХЗ Нормализация при 1000°С Не менее
(ЕХ) или при 1050°С (ЕХЗ) Закалка (подогрев до 500— 600°С и окончательный нагрев до 850°; выдержка после прогрева 10—15 мин.), охлаждение в масле. Старе- 9000* 58
Е7В6 ние при 100°С Нормализация при 1200— 1250°С Закалка (подогрев до 500—600°С и окончательный нагрев до 820—860°С), 9500 ** 60
Ю Справочник 145
Продолжение таблицы 68
Марка стали Рекомендуемый режим термической обработки Магнитные свойства (по ГОСТ 6862-54)
Остаточная индукция в гс Коэрцитивная сила в э
охлаждение в воде или масле). Старение при 100°С 10000 62
ЕХ5К5 Нормализация при 1150— 1200°С. Закалка (подогрев до 500—650°С и окончательный нагрев до 950°С; выдержка после прогрева 10 мин., охлаждение в масле). Старение при 100°С 8500 100
ЕХ9К15М Нормализация при 1200— 1230°С. Отпуск 700°С в течение 30 мин. Закалка (подогрев до 500—650°С и окончательный нагрев до 1030— 1050°С, выдержка после прогрева 10 мин., охлаждение на воздухе до появления ферромагнитных свойств, а затем в масле). Старение при 100°С 8000 170
* Для стали ЕХ.
*♦ Для стали ЕХЗ.
146
о в Таблица 69
* Химический состав, режим термической обработки и магнитные свойства
________________сплавов для постоянных магнитов (по ГОСТ 4402—48)____________________
Марка сплава Химический состав в % °ежим термической обработки Магнитные свойства
Ni Al Со Си Si Fe Вг в гс Нс в э Удельная магнитная энерги вн , , -—мак в эрг/см3 8л:
АН1 (алии 1 22 11 Оста- Закалка при 1200° в не менее
льное кипящей воде 7000 250 28000
АН2 (алии 2) 24,5 13 — 3,5 — • То же и отпуск при 550° 6000 430 38000
АНЗ (алии 3) 23,5 15,5 — 4 — Нормализация
при 1100° 5000 500 36000
АНК (алниси ) AHKol (ални- 33 13,5 — — 1 9 , 1200° 1000 750 43000
ко 12) . . АНКо2 (ални- 18 10 12 6 — 9 1250° 6800 500 55000
ко 15) . . . . 20 9 15 4 — , 1300° 7500 600 60000
АНКоЗ (ални-ко 18) 19 10 18 3 — 9 Закалка при 1300° в магнитном поле (ско- 9000 650 97000
АНКо4 (ални- рость охлаждения 5° в 1
ко 24, магнико) 13,5 9 24 3 — сек. до 500°) и отпуск при 600° ’ 12300 500 150000
Примечание. Для магнитов из сплавов АНКоЗ и АНКо4 указанные магнитные
~ свойства относятся к направлению приложенного магнитного поля при термомагнит-
ной обработке.
Таблица 70
Химический состав, термическая обработка и магнитные свойства деформируемых дисперсионно-твердеющих сплавов [37, 39]
Название сплава Химический состав в % Термическая обработка Магнитные свойства
Со Мо Fe Ni Си | Ag | Мп 1 Al закалка | отпуск Вг в гс I Нс в'э
Комол (ре-маллой) 12 16 72 — — — — — 1200—1300°С, охлаждение на воздухе или в масле 675 С 10900 250
Кунико II 41 — — 24 35 — — — Гомогенизация при 1080°С (10 час.) 625°С (12-15 час.) 5300 450
Кунифе I* — — 20 20 60 — — — Гомогенизация, закалка от 1000эС 600°С 2200 400
Сильманаль — — — — — 86,6 8,8 4,4 — 250°С 500-600 6000
* В этой группе приведены свойства сплава в изотропном состоянии.
Таблица 71
Химический состав сплавов на основе систем Си—Ni и Pt, обработка и свойства сплавов [37, 39]
Обозначение сплава Химический состав в % Обработка Магнитные свойства
Си N1 Fe Со V
остаточная индукция в гс коэрцитивная сила в э
Кунифе I 60 20 20 — Закалка с 1075°С, от- 5700* 600*
КунифеП 50 20 17,5 2,5 пуск при 650°С, холодная пластическая деформация (96%), отпуск при 650°С 7300* 260*
Викал-лой I Викал-лой И — Остальное 53 52 9,4 14 Закалка с 1200°С, отпуск при 600°С(8 час.) Пластическая деформация (96%), отпуск при 600Х 9000 10000* 300 450*
Викал-лой 52КФ — 6000- 10000** 6000-10000* 350 — 220* 500 — 300*
* Проволока.
** Лист или лента.
149
П родолжение таблицы 71
Сплавы Обработка Магнитные свойства
остаточная индукция в гс коэрцитивная сила в э
Железо—платина (77% Pt) Кобальт—платина (77% Pt) Закалка с 1200°С и отпуск Закалка с 1200°С и отпуск при 650°С 3500 5000 1200 3000
Таблица 72
Химический состав немагнитных сталей [5]
Условный номер состава Марка стали Содержание элементов в %
С Ми Si Сг NI Другие элементы
1 Н24Х2 0,25-0,35 0,7 0,25 — 0,6 2-3 22-25 —
2 Н12ХГ 0,5 - 0,6 4-5,5 <0,6 3-4,5 11,5— 13,5 —
3 55Г9Н9 0,45 — 0,55 8-9 0,17— 0,37 0,2 8-9 —
4 ЭИ269 0,5— 0,6 4-5,5 <0,6 <0,25 18,5— 21,5 —
5 ЭИ423 0,6— 0,7 8-9 0,2 — 0,4 2,5— 3,2 8-9 —
6 ЭИ429 0,15— 0,25 6-7 <0,5 11-15 10-13 —
7 — 0,3 — 0,4 17-18 <0,75 1-3 до 1,5 —
8 Г13 1,0-1,4 11 -14 <0,7 — — —
9 — 0,4— 0,5 13-14 — 2-2,5 — 3- 3,5 А1
10 — |0,3— .0,7 18-23 0,8- 1,2 — — 1,8- 1,5 Си
11 — 0,55-0,65 1 7,5. 8,6 0,5 3,8- 4,2 8-9 0,5— 0,7 W
150
Таблица 73
Химический состав и свойства инварных сплавов [11]
Наименование сплава Марка Технические условия Содержание элементов в % (примерное, Fe—остальное) Средний коэффициент расширения* в интервале температур
“ СР‘ 10® мм[мм град Температурный интервал измерений в °C
Ni Со Сг
Инвар Супер-инвар Н36 Н36А ТУС 7006 ЧМТУ 36 30- — — <2 20-100
Н31К5 ЭИ630А 3722-53 ЧМТУ 5626-56 32 4-6 — <1.5 20-60
Нержавеющий инвар —• — — 54 9,0 <1 20-60
Платинит — — 46 — — -7.5 —
Инвар-стабиль — — 57— 59 — — -11,5 20-50
Примечание. Проволока так называемого геодезического инвара и супер-инвара поставляется в наклепанном состоянии с зв «70 кг> мм2.
* Для отожженных сплавов.
Таблица 74
Физические и механические свойства сплавов для спайки с мягкими стеклами [11]
Физические и механические свойства Маркировка сплавов
Н47ХБ Н47Д Х18ТФ (ЭИ635) Х18 МТФ Н48Х (ЭИ693)
Удельный вес .... 8 8,1 — 8
Удельное электросопротивление в ом • мм21м 0,9 0,45 0,68 0,48
Теплопроводность при 20°С в кал!см • сек, • град. . 0,04 0,06 0,065 —
151
Продолжение таблицы 74
Физические и механические свойства Маркировка сплавов
Н47ХБ Н47Д Х18ТФ (ЭИ635) Х18 МТФ Н48Х (ЭИ693)
Модуль упругости Е в 14Э00 14100
кг/мм2 . . Предел прочности в — —
кг) мм2 Относительное удлинение 50-55 50-55 40-60 50-55
& в % . Температура точки Кюри (Т перегиба кривой расши- 42-45 42-45 Св. 28 35—36
рения) ?40— 360 — — —
Таблица 75
Пределы значений средних коэффициентов термического расширения сплавов для спаев со стеклом [11]
Марка сплава а 20—300° С | •106 ср- 20—500°С Технические условия
Н47ХБ- 8,5—9,9 9,5-11,0 ЧМТУ 3367-53
Н48Х (ЭИ693) — 8,0-8,5 ЧМТУ 5019-55
Н47Х 7,5-9,0 9,5-10,0 ВТУ ',2 54
Н47Д 8,5-9,9 9,3—10,8 ЧМТУ 5314—55
Х18ТФ — 11,2± 0,2 ТУс 4713-54
Н42 5-6 — —
ЭИ349 — — 10,8 ЧМТУ 2739-51
.Фуродитовая лента (сплав Х28) — 10,8 МИТУ 4209—53
Х18МТФ — —11,4 ТУС 7021—57
Примечание. Коэффициенты расширения определены на образцах после отжига в водороде при температуре 800—900°С, 60 мин. Коэффициент расширения сплава ЭИ693 определяется в интервале температур 20—450°С. К сплавам ЭИ349 и фуроди-товой ленте (сплав Х28) не предъявляется определенных требований по величине коэффициента расширения.
.152
Таблица 76
Химический состав карбидосодержащих сплавов с низким температурным коэффициентом модуля ________________упругости [11]__________________
Марка сплава Технические условия Содержание элементов в %
С | Si | Мп | S
ЭИ25 ЭИГ74 H35XMF ЧМТУ 2913-51 ТУ 6^9 ТУ 5045-55 <0,4 <0.5 0,7-0,8 <0,5 1,14-1,260.2- 10,4 0,3-0,8 2—3 0,8-0,9 <0 03 <0,03 <0,03
Продолжение таблицы 76
Марка сплава Технические условия Содержание элементов в %
Р Ст 1 | Ni W Мо
ЭИ25 ЧМТУ 2913 — 51 <0,04 7,3- 8,3 36,5- 38,5 — —
ЭИ5 1 ТУ 639 <0 04 7-9 33-35 2-4 —
Н3-с МВ ТУ 5015-55 <0,04 1 8,5- 19,5 34,3- 35,7 0,55-0,85 1,8— 2,2
Таблица 77
Химический состав высокомарганцовистой стали [11]
Содержание элементов в %
Мп si 1 1 s 1 1 р | Сг**
с не более
ПЗ Г13П Г13Л ПЗНЗ* ** *** 1-1,3 1-1,5 1—1,4 0 6-0,9, 13-14 10-15 11-14 ,12 — 14 0,5 1,0 0,75 0,03 0,035 0,03 0,03 0,15 0,10 0,2 । °° 1 1 1.0 1 cf
* Применяется для сердечников при изготовлении буровой стали, а также в качестве присадочного материала при сварке стали марок Г13 и Г13Л.
** Добавляется в количестве до 3% к стали марки Г13Л для повышения предела текучести.
*** Добавляется в количестве до 4% для улучшения прокаливаемости, стабилизации аустенита и улучшения свариваемости.
153
IV. ЧУГУНЫ
Чугуны представляют собой сплавы железа с углеродом, с содержанием углерода больше 2%. В зависимости от структуры различают:
а) белые чугуны, в которых весь углерод находится в виде цементита;
б) серые чугуны, в которых весь углерод или часть его находится в виде графита.
Название свое оба указанных чугуна получили из-за цвета своего излома.
БЕЛЫЕ ЧУГУНЫ
Кристаллизация белых чугунов идет по диаграмме железо — цементит. Они отличаются высокой твердостью, прочностью и износоустойчивостью, весьма хрупки. Чем выше содержание углерода в чугуне, тем больше в нем цементита и тем он тверже и хрупче. Из-за этого в промышленности применяются только белые доэвтектические чугуны, имеющие перлитно-ледебуритную структуру. Белые чугуны очень плохо обрабатываются резанием (возможна только обработка твердосплавным инструментом на пониженных режимах). Поэтому детали из белого чугуна изготовляют из отливок без последующей механической обработки. Для того чтобы изделие было более вязким, стремятся отбелить только его поверхность. В качестве примеров применения белого чугуна укажем на вагонные колеса с отбеленным ободом, лемехм плугов с отбеленным носом и лезвием, некоторые прокатные валки, 'мукомольные валки и т. д. Отливки из белого чугуна являются также полуфабрикатом, из которого получается так называемый ковкий чугун.
154
СЕРЫЕ ЧУГУНЫ
Это основной вид литейного чугуна, применяемого в машиностроении. В структуре серого чугуна обязательно должен находиться графит (рис. 20 и 21). Графитизация является кристаллизационным процессом и сводится поэтому к возникновению центров (зародышей) графита и к их росту. Графитные зародыши появляются при переохлаждении жидкого чугуна или уже в твердом состоянии из аустенита, когда последний перенасыщен углеродом. Появление зародышей графита приводит к возникновению поверхности раздела между твердой и жидкой фазой (или между двумя твердыми — аустенитом и графитом), что способствует увеличению запаса свободной энергии. Если частицы меньше критического размера, то прирост свободной энергии будет больше, чем ее уменьшение, связанное с процессом кристаллизации. Поэтому образовавшийся зародыш графита растворяется. Когда кристалл (зародыш) графита примет критический размер, то его общая энергия уменьшится, и он станет устойчивым.
Образование кристаллов графита может идти по графитной системе железо—углерод (пунктирные линии на рис. 10). По линии ClDl выделяется первичный графит, по Е’С1/71—эвтектический, по S1/?1—вторичный, по PlSlKl— эвтектоидный графит. При этом образование графита из жидкости (или аустенита) непосредственно может идти только в условиях медленного охлаждения в узком интервале температур между линиями графитной и цементит-ной систем. Объясняется это тем, что нужно достаточное время для совершения значительной работы, образования зародыша графита и диффузии атомов углерода, образования кристаллов графита или отвода атомов железа от фронта кристаллизации графита (самодиффузия железа). Если же графит не успеет выделиться, то образуется цементит. Но и в этом случае в определенных условиях, например при содержании в чугуне некоторых примесей, возможно выделение графита путем графитизации цементита. Согласно К. П. Бунину [43], этот процесс «дет в следующей последовательности:
1) растворение цементита в аустените;
2) образование центров графитизации;
3) диффузия углерода из аустенита к центрам графитизации;
155
4) самодиффузия атомов железа, под которой понимается освобождение вокруг центров графитизации полости для роста графитных включений;
5) выделение углерода из раствора в виде включений (графита.
Экспериментальные данные показывают, что выделение графита непосредственно из жидкости действительно имеет место. Этому способствует так называемое замутнение жидкости. Практически такая жидкость содержит мельчайшие частицы SiO2, А120з, A1N нерастворившегося графита. Кристаллическая решетка этих включений близка к решетке графита, близки также и параметры решеток. Это способствует тому, что на указанных включениях оседают атомы углерода, давая кристаллы графита. Что касается выделения углерода в виде графита непосредственно из аустенита, то такой процесс не идет. Если графит и выделяется из твердой фазы, то это выделение происходит путем графитизации цементита.
Степень графитизации зависит от скорости охлаждения отливки и ее химического состава. Замедленное охлаждение способствует графитизации. Поэтому, если отливка имеет малое сечение, она охлаждается быстро и распада цементита не происходит или происходит незначительно. В отливке получается структура белого чугуна. Если отливка массивна, то она охлаждается достаточно медленно и создаются условия для графитизации. Однако и в этом случае с поверхности вследствие быстрого ее охлаждения может образоваться слой, в котором весь углерод находится в виде цементита. Чугун, у которого сердцевина имеет углерод в виде графита, а поверхностный слой в виде только цементита, называется отбеленным.
Элементы, которые имеются (или намеренно вводятся) в чугуне, можно разделить на графитизирующие и отбеливающие. К первым относится сам углерод и такие примеси, как кремний, никель, алюминий и другие. Эти элементы уменьшают связи между атомами углерода и железа, способствуя графитизации. Наоборот, такие элементы, как марганец, хром, вольфрам и другие, увеличивают связи атомов железа и углерода, препятствуя графитизации.
Особое значение имеет влияние элементов, которые всегда присутствуют в чугуне. К ним относятся: кремний, марганец, сера и фосфор.
Кремний присутствует в чугуне примерно в количестве от 0,5 до 4,5%. Это сильный графитизирующий эле-156
мент. В зависимости от его содержания серый чугун может иметь ту или иную структуру.
Марганец в противоположность кремнию сильный карбидообразующий (отбеливающий) элемент. Его содержание в чугуне до 2,0%.
Сера по своему влиянию подобна марганцу. Недостаток, вызываемый серой, — ухудшение жидкотекучести,
Рис. 20. Серый чугун. Перлит и пластинчатый графит (А. Ф. Ланда).
что затрудняет получение более или менее сложных по конфигурации отливок. Поэтому желательно, чтобы содержание серы не превышало 0,08—0,1%.
Фосфор на процесс графитизации почти не влияет. Содержится он в чугуне от 0,1 до 1%. Фосфор образует тройную эвтектику, состоящую из аустенита, цементита и фосфида железа (Fe3P). Фосфидная эвтектика довольно легкоплавка (около 950°) и улучшает жидкотекучесть. Наличие ее способствует повышению твердости и износоустойчивости чугуна.
Следует, однако, помнить, что повышенное содержание фосфора ухудшает вязкость чугуна.
Степень графитизации серого чугуна практически npoj является в получении той или иной его структуры. Любой 157
серый чугун принято рассматривать состоящим из двух частей: металлической основы, в которую входят, по существу, две фазы — феррит и цементит, — и неметаллической части, представляющей собой графит. Количественное соотношение между ними зависит от степени графитизации. Чем больше степень графитизации, тем больше в чупуне графита и меньше цементита.
Рис. 21. Серый чугун. Перлит, феррит, фосфидная эвтектика и графит, Х400 (А. Ф. Ланда).
Физико-механические свойства чугуна зависят от структуры металлической основы и ее дисперсности, а также от количества, формы, распределения и дисперсности графита.
Классификация чугуна по этим признакам дана в табл. 78—86 в соответствии с ГОСТом 3443—57.
Для характеристики цементита по ГОСТам предусматриваются эталоны. Имеется также классификация чугуна по количеству фосфидной эвтектики.
Для определения химического состава и структуры серого чугуна при литье в песочные формы и при литье в металлические формы пользуются специальными номограммами.
158
С целью повышения механических свойств серый чугун подвергают модифицированию. Сущность этого процесса заключается в том, что в расплавленный чугун вводятся вещества, называемые модификаторами. В качестве их применяются высокопроцентный ферросилиций, силикокальций и другие вещества. При их добавке (в по-
Таблица 78
Классификация по характеру распределения графитных включений
Обозначение Характеристика распределений
Гр1 Гр2 Изолированные включения Колонии большой степени изолированности
ГрЗ Гр1 Гр5 Грб Гр7 Гр8 Гр9 ГрЮ Колонии средней степени изолированности Колонии малой степени изолированности Сетчатый дисперсный (точечный) Сетчатый пластинчатый Розеточный Междендритный дисперсный (точечный) Междендритный дисперсный (точечный) Междендритный пластинчатый
Таблица 79
Классификация по преимущественной длине графитных включений
Об Длина в мк Обозначение Длина в мк
Гд1 < 5 Гд 6 80- 150
Гд2 <10 Гд 7 150- 300
ГдЗ 10-25 Гд 8 300— 500
Гд4 25-40 Гд 9 500-1000
Гд5 40—80 Гд 10 > 1000
159
рошкообразном виде, в количестве до 0,5—1 % от веса металла) происходит окисление с образованием соответствующих окислов SiC>2, СаО за счет кислорода, находящегося в жидком чугуне. Модификаторы находятся в жидком чугуне во взвешенном состоянии и являются многочисленными центрами кристаллизации графита. В результате этого образуется мелкий, равномерно распределенный графит. Образование вредного сетчатого графита устраняется.
Модифицированию желательно подвергать низкоуглеродистый чугун, содержащий относительно малое количество углерода и пониженное количество кремния (например, состава: 2,9—3,2% углерода, 1—1,5% кремния, 0,8—1,2% марганца, до 0,3% фосфора и до 0,12% серы). Такой чугун имеет в исходном состоянии малое количество углерода в виде графита, что благоприятствует получению мелкопластинчатого графита. Кроме того, указанный состав чугуна благоприятствует получению у металлической основы перлитной структуры.
Механические свойства серых чугунов с пластинчатым графитом даны в табл. 87—-89.
Таблица 80
Классификация по сочетаниям форм графитных включений
Обозначение Характеристика формы и сочетания
Гф4 Пластинчатая длиной более 40 мк 4- гнездо-
Гф5 образная Пластинчатая длиной 25—40 мк 4- гнездо-
Г(|6 образная Пластинчатая длиной менее 25 мк ± гнездообразная
Гф7 Пластинчатая 4- гнездообразная 4-’ малое количество точечной
Гф8 Пластинчатая 4- гнездообразная 4- среднее количество точечной
Гф9 Пластинчатая 4- гнездообразная ± большое количество точечной
ГфЮ Точечная
160
Таблица 81 Классификация по количеству графита
Обозначение Г02 Г04 Г06 Г10 Г12
Количество графита в % (по площади) . . <3 3-5 5-8 9—12 >12
Таблица 82
Классификация по количеству перлита
Обозначение п П95- П85 П70 П50
Количество перлита в % > 98 91-97 80-90 Продс 65-79 жжение . 55-64 табл. 82
Обозначение П40 пзэ П15 П5 по
Количество перлита в % 45-54 21-44 11-20 3-10 <2
Таблица 83
Классификация по степени дисперсности перлита
Обозна- | чение 1 Межпластинчатые । расстояния в мк 1 Характеристика перлита
Пд 0,2 < 0,30 Весьма тонкопластинчатый сорбитообразный
Пд0,5 0,30-0,80 Тонкопластинчатый
Пд 1,0 0,8-1,3 Мелкопластинчатый
Пд 1,4 1,3-1,6 Среднепластинчатый
Пд 1,6 > 1,6 Крупнопластинчатый
1] Справочник 161
Таблица 84
Классификация по количеству свободного цементита
Обозначение Площадь включений цементита в мк*
ш Ц2 цз Ц4 Ц5 < 2000 2000-10 000 10000-16 000 16000-25 000 > 25 000
Таблица 85
Классификация по количеству фосфидной эвтектики
Обозначение Площадь максимальных включений в поле шлифа в мк*
Фв 1 Фв2 ФвЗ Фв4 Фв5 < 2000 2 000-10 000 10000-16 000 16 000 - 25 000 > 25 000
Таблица 86
Классификация по диаметру графитных включений
Обозначение Максимальный диаметр графитных включений в мк
Гшд 1 25
Гшд 2 25- 40
Гшд 3 40- 60
Гшд 4 60—100
Гшд 5 > 100
162
Таблица 87
Примерные свойства ферритных и перлитных чугунов с различной формой графита [11]
Форма графита и со- Структура Механические свойства
1 т I 1 о а
держание общего угле- металлической °вр 1 1 ( 7 ви 1 1 веж (б£з
рода в чугуне основы В кг! мм2 в % надреза) в кгм1см*
Пластинчатая (се- Перлитная 20-40 40 - 65 75-130 0,2-0,4 0,5- 1,0
рый чугун с 2,7— 3,8 % Соб) Ферритная 8-12 20 - 30 40— 60 0,3-0,8 0,3- 0,8
Хлопьевидная (ковкий чугун с Перлитная 40-70 65 - 85 — 2- 4 6-15 3- 6-
2,2—3,0% Соб) Ферритная 30—40 65 - 75 — 4-12
Шаровидная (высокопрочный Перлитная 50-80 90 -145 150-250 1- 3 1,5- 6
чугун с3,0—3,8% Соб) Ферритная 40-50 65 - 75 — 10-20 5-Ю
Примечание. Наиболее высокие свойства соответствуют наименьшему содержанию углерода или достигаются специальной термической обработкой.
Марки отливок из серого чугуна с пла и назначение
Марка отлявки Химический состав в %
С S! Мп р S Сг NI
СЧ 00 3,0-3,5 1,8-2,4 0,6-0,1 до 0,6 до 0,15 ДО 0,15 ДО 0,50
СЧ 12-28 3,3-3,6 2,2-2,5 0,6-1,0 до 0,40 до 0,15 до 0,15 до 0,50
СЧ 15-32 3,2-3,5 2,0—2,40 о,7-1,1 ДО 0,40 ДО 0,15 до 0,15 до 0,50
СЧ 18-36 3,1-3,4 1,7—2,1 0,8-1,2 ДО 0,30 до 0,15 до 0,30 до 0,50
СЧ 21-40 3,0-3,3 1,3-1,7 0,8-1,2 ДО 0,30 ДО 0,15 до 0,30 до 0,50
164
Таблица 88
стинчатым графитом, их состав, свойства (по ГОСТ 1412—54)
Механические свойства Назначение
Qep в к г/мм* в кг/мм* 1 -^боо/зоо] в мм а веж в кг! мм1 НВ
Н( з опре; 1 । 1еляют 2Я Неответственное литье, в том числе машиностроительное без оговоренных требований по механическим свойствам; допускается отсутствие отбела, препятствующего механической обработке
12 28 6/2 50 143-229 Малоответственное литье с толщиной стенок до 15 мм; неответственное литье с большей толщиной стенок. Обладает малой склонностью к от-белу в тонких сечениях
15 32 8/2,5 565 163-229 Малоответственное литье с толщиной сте-
18 36 8/2,5 70 170-229 нок 8—15 мм; невысокие требования к износостойкости. Ответственное литье с толщиной стенок 8— 25 мм
21 40 9/3 75 1 170 -241 ! Ответственное литье с толщиной стенок 10—30 мм; менее ответ ственное литье при большей толщине стенок
165
Химический состав в %
Марка отливки С S1 Мп Р S Сг Ni
СЧ 24-44 2,9-3,2 1,2-1,6 0,8-1,2 до 0,20 ДО I 0,15 до 0,30 । до 0,50
СЧ 28-48 2,8-3,1 1,1-1,5 0,8-1,2 до 0,20 до 0,12 до 0,30 до 0,50
СЧ 32-52 2,7-3,0 1,1-1,5 0,8-1,2 до 0,20 до 0,12 до о^зо до 0,50
СЧ 35-56 2,6-2,9 1,1-1,5 1,3-1,80 1,0-1,4 0,8-1,0 ДО 0,20 до 0,20 до 0,12 до 0,12 до 0,30 до 0,3 0,5 1 до 0,50 до 0,50
СЧ 38-60 2,5—2,8 1,1-1,3 (с ПОВЫ1 1,3-1,£ 1 ; 1,0-1,4 шейным с 1 0,8 —1,2 : ДО 0,2С одер: Л до |0,2С | до >;о,12 жани ДО >0,12 до ! 0,30 ем хр 0,3-! 0,5 до 0,50 юма) до 0,50
166
Продолжение таблицы 88
Механические свойства
1 в кг/мм* ввиэ в кг/мм- ^бдзоо] в мм ^всж в кг/мм2 1 НВ Назначение
24 « 9/3 85 170-241 Ответственное машиностроительное литье с толщиной стенок 20—40 мм
28 48 9/3 100 170-241 Ответственное сложное .машинострои- тельное литье цилиндры , шестерни, рамы) с толщиной стенок '20—60 мм
32 52 9/3 НО 187-255 Ответственное высоко нагруженное литье с толщиной стенок 20—100 мм (цилиндры, крышки цилиндров и т. п., малые коленчатые валы и т. д.).
35 56 9/3 120 197-269 Ответственное тяжело нагруженное литье с толщиной стенок не менее 20 мм (крупные толстостенные втулки, шестерни, крупные коленчатые валы и т. д.)
38 60 9/3 130 207—26$ ) Наиболее толсто- стенные и тяжело нагруженные отливки
167
Таблица 89
Изменение механических характеристик в зависимости от массивности литья (по ГОСТ 1412—54)
Марка чугуна Диаметр заготовки в мм
30 50 100* 200*
Предел прочности при растяжении j в кг!мм* Твердость НВ Предел проч-j вости при растяжении в кг]мм? Твердость НВ ^Предел прочности при растяжении (je '^‘в'кг/мм* Твердость НВ Предел проч- । кости при рас-’ тяжении ав* в кг/мм* Твердость НВ
СЧ 24-44 СЧ 28-48 СЧ 32-52 СЧ 35-56 СЧ 38-60 24 28 32 35 38 187-217 170-241 170—241 197-255 197—255 23 27 30 34 36 187-217 170 -241 170-241 197—255 197-255 22 26 28 30 32 163—207 170-229 170-229 197-255 197—255 20 25 26 26 27 143-187 170-217 170—229 197-241 197—255
* Значения, приведенные в таблице для заготовок диаметром ilOO и 200 мм, получены при испытании образцов, вырезанных на расстоянии !/з радиуса от периферии заготовки.
Таблица 90
Химические составы отливок из чугуна, отлитых в металлические формы [8]
Марка чугуна по ГОСТ Толщина Химический состав в %
стенки отливки* в мм Собщ s> 1 Мп s 1 Р -
1412-54 не более
СЧ 12-28 8- 50 50-100 3,2-3,6 3,2—3,6 2,5-3,0 2,2-2,5 0,3-0,6 0,3-0,6 0,1 0,12 0,5 0,5
СЧ 15-32 8— 50 50-100 3,2-3,6 3,2-3,6 2,4-2,8 2,0-2,4 0,3-0,6 0,3-0,6 0,1 0,12 0,4 0,8
СЧ 18-36 12- 40 40-100 3,2-3,5 3,2-3,5 2,2-2,5 3,2-3,5 0,5-0,8 0,5-0,8 0,1 0,1 0,3 0,3
СЧ 21-40 15— 40 40-100 3,1-3,4 3,1-3,4 2,1-2,1 1,7-2,1 0,6-0,9 0,6-0,9 0,1 0,1 0,3 0,3
СЧ 24-44 15- 50 50-100 3,0-3,3 2,0—3,3^ 2,0-2,1 । 1,6-1,9 0,7—1,0 0,7-1,0 0,1 0,1 0,2 0,2
Наиболее эффективно модифицирование при использовании комплексных модификаторов, например 65% ферросилиция и 35% алюминия.
Модифицированные чугуны применяются для многих деталей машин: шестерен, тормозных барабанов, некоторых осей и др.
ВЫСОКОПРОЧНЫЕ ЧУГУНЫ
Модифицирование чугуна с помощью магния привело к созданию высокопрочного чугуна (рис. 22).
При модифицировании магнием графит выделяется не в пластинчатой, а в глобулярной (шаровидной) форме. Та
* Толщина стенки отливки (из числа непосредственно u соприкасающихся с кокилем) принимается минимальной с учетом припуска на механическую обработку.
169
кая форма графита является наиболее благоприятной, способствует меньшему ослаблению металлической основы чугуна. В связи с этим механические свойства чугуна с шаровидным графитом приближаются к свойствам литой стали. Понятно, что все достоинства чугуна — литейные свойства, обрабатываемость резанием, износоустойчивость и др. — полностью сохраняются. Модифицирующее действие магния проявляется при его содержании в чугуне не
Рис. 22. Перлит, феррит, шаровидный графит Х250 (А. Ф. Ланда).
менее 0,02%. Обычно в высокопрочном чугуне содержится 0,05—0,08% магния. Магний плохо усваивается чугуном. Для того чтобы получить в чугуне около 0,1% магния, последний надо присадить в количестве более 0,5% от веса чугуна. Обычно магний вводят в чугун не в чистом виде, а в лигатуре магния с кремнием или медью. Магний способствует отбелу чугуна. Это может привести к получению в металлической основе чугуна большого количества цементита. Поэтому наличие в модифицирующей лигатуре кремния является весьма желательным, так как он парализует отбеливающее действие магния. Тем не менее получение отливок с перлитной и еще в большей степени ферритной металлической основой, особенно у массивных отливок, затруднено. Чтобы преодолеть эти трудности, производят дополнительный отжиг для графитизации цементита металлической основы.
170
Таблица 91
Химический состав чугунных отливок с шаровидным графитом [11]
Толщина стенки отливки в мм Содержание элементов в % Присадки в % от веса жидкого металла
в исходном чугуне после присадки
3 О Si Мп мак $мак в 1 Si СО Mg Mg Fe -Si
До 10 3.41 '2,6-|3,1 0,4 0,14 0,1 3,0- 3,2 0,03'0,05- 0,12 0,3-0,5 0,8— 1,0
10—30 3,4 2,4— 12,8 0,6 0,14 0,1 2,8- 3,2 0,03 ,0,05— 0,12 0.5-0,8 0,8-1,0
'30—75 3,22,2— |2,6 0,6 0,14 0,1 2,6- 3,0 0,03 0,05 — 0,12 0,7— 0,9 0,8— 1,0
75-100 3,0 2,0-|2,4 0,6 0,14 0,1 2,4- 2,8 0,03 0,05 — |0,12 0,7-0,9 0,8 -1,0
Таблица 92
Основные свойства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (по ГОСТ 7293—54)
Марка чугуна Механические свойства, не менее
Cffl в кг/мм* $0,2 в кг/мм2 «к* в кгм',см* 6 в у НВ
ВЧ 45-0 1 45 36 187—255
ВЧ 50-1,5 50 38 1,5 1,5 197-269
ВЧ 60-2 60 42 1,5 2,0 197-269
ВЧ 45-5 45 33 2,0 5,0 170-207
ВЧ 40-10 40 30 3,0 10,0 156-197
* ак определяется на образцах 20 X 20 X 120 лш, без надреза; для ВЧ40-10 — на образцах 10X10X55 мм, без надреза.
171
172
Таблица 93
Ковкий чугун — марки, составы, механические свойства и структуры (ГОСТ 1215—41)
Вид ковкого чугуна Марка чугуна Химический состав в % Механически e свойства Структура
^общ Si Мп <3 CU 5? С/Э ie <3 (J Ci t> £ o\ co eO HB
Белосер- кч 30-3 2,8- 0,7— 0,3- 0,2 0,20 0,08 30 3 201 На поверхности чисто
дечный кч 35-4 3,2 2,8- 1,1 0,7- 0,6 0,3- 0,2 0,20 0,08 35 4 201 ферритная, а дальше пер-литноферритная и частью перлитная металлическая
3,2 1,1 0,6 основа с округлым гра-
кч 40-3 2,8- 0,7- 0,3- 0,2 0,20 0,08 40 3 201 фитом
3,2 1,1 0,6
Черно- кч 30-6 2,7— 0,7- 0,3- 0,2 0,18 0,08 30 6 163 Ферритная металличе-
сердечный кч 33-8 3,1 2,5- 1,1 0,8- 0,6 0,3- 0,2 0,18 0,08 33 8 149 ская основа с округлым графитом
2,0 1,2 0,6
кч 35-10 2,4- 0,9- 0,3- 0,2 0,12 0,08 37 10 149
2,8 1,4 0,5
кч 37-12 2,2- 1,0- 0,3- 0,2 0,12 0,08 37 12 149
2,5 1,5 0,5
Продолжение таблицы 93
Вид ковкого чугуна Марка чугуна Химический состав в $' Механические свойства Структура
^общ Si Мп Змак <3 О « «с 7? t> CQ н в
Перли- ПФКЧ 40-2 2,7- 0,7— 0,4- 0,2 0,18 !о.ю 40 2 163- Перлитная и перлито-
тнофер-ритный* ПФКЧ 40-5 3,1 2,2— 1,1 0,9— 1,0 0,3- 0,2 0,12,0,10 40 5 229 163— ферритная металлическая основа с округлым гра-ф итом
2,8 1,5 1,0 1 229
ПФКЧ 50-3 2,2- 0,9— 0,3- 0,2 0,12 50 3 163—
2,8 1,5 1,0 |0,10 229
* В ГОСТ не входит.
Режим отжига: нагрев до 920TJ, с выдержкой в течение 3 часов и последующим медленным охлаждением до 600— 500°. Металлическая основа высокопрочного чугуна может быть разная: ферритная, ферритноперлитная и перлитная. Наиболее вязок чугун с ферритной металлической основой.
Высокопрочный чугун получил в последнее время широкое распространение, особенно в автостроении и сельскохозяйственном машиностроении для изготовления многих ответственных деталей, например коленчатых валов.
Для оценки высокопрочного чугуна предусмотрено пять эталонов, как и для серого чугуна, но к их обозначению добавляется буква Ш: ГШ02, ГШ04, ГШ06, ГШ10 и ГШ12.
По количеству перлита, степени его дисперсности и по фосфидной эвтектике баллы те же, что и для серого чугуна. В структуре высокопрочного чугуна допускается некоторое количество пластинчатого графита и неправильной формы шаровидного, если чугун по свойствам соответствует требуемой марке.
КОВКИЕ ЧУГУНЫ
Ковкий чугун получается путем специального отжига (томления) отливок белого чугуна с получением графита хлопьевидной формы, так называемого углерода отжига (рис. 23).
Для получения качественного ковкого чугуна предъявляют определенные требования к исходному белому чугуну. Последний должен относиться к доэвтектическим чугунам. Желательно, чтобы в исходной отливке не было включений графита.
Если наблюдается частичная графитизация, то при последующей графитизации в период отжига выделяющиеся частицы графита будут откладываться на первоначально имевшихся пластинках. Таким образом, будет затруднено получение необходимого хлопьевидного графита. Поэтому желательно, чтобы содержание углерода и кремния было невысоким, с тем чтобы предотвратить выделение в белом чугуне графита.
Однако слишком низкое содержание кремния тоже нежелательно, так как это затруднит последующий процесс графитизации при отжиге. По тем же соображениям марганца должно быть столько, сколько необходимо для 174
затруднения графитизации в исходном белом чугуне. По марганец не должен препятствовать графитизации при отжиге.
Обычно состав белого чугуна следующий: 2,0—2,8% С;
0^—1,5% Si; 0,4—0,7% Мп; до 0,2% Р; до 0,1 0/л S.
Получение чугуна с содержанием углерода, близким к нижнему пределу, заставляет переходить с плавки в
Рис. 23. Ковкий чугун. Перлит, феррит и углерод отжига, Х500 (А. Ф. Ланда).
вагранке на электроплавку, так как первая не обеспечивает высокую температуру, необходимую для расплавления малоуглеродистого белого чугуна.
Хлопьевидный графит может иметь разную дисперсность и компактность, что отражается на его механических свойствах. Структура металлической основы ковкого чугуна может быть ферритной, ферритноперлитной и перлитной.
Наибольшей пластичностью обладает чугун с ферритной металлической основой и имеет черно-бархатистый излом. С повышением количества перлита излом становится светлее, прочность повышается, а пластичность снижается. Получают и модифицированный ковкий чугун с шаровидным графитом.
175
Химический состав, свойства, термическая обработка легированного
Марка по ГОСТ 1412-43 Химический состав в %
Собщ СсвЯЗ Si Мп Р S
СЧ 32-52 2,84-3,2 0,64-0,8 1,04-1,7 0,74 до 0,1 до 0,1
СЧ 24-44 3,24-3,4 0,74-0,9 1,94-2,1 0,9 0,64- до 0,2 до 0,1
СЧ 24-44 3,04-3,2 0,74-0,9 2,04-2,2 0,8 0,54- Д-о 0,2 до 0,1
СЧ 32-52 2,94-3,2 0,74-0,8 1,04-1,5 0,7 | 0,54- до 0,3 до 0,1
СЧ 32-52 2,64-2,9 0,72-0,9 2,24-2,7 1,0 0,64-ДО 0,3 ДО
СЧ 38-60 2,44-2,5 0,6^0,7 2,04-2,1 0,7 0,08 0,74- до до
СЧ 35-56 2,84-3,1 0,7-i-0,8 2,24-2,5 0,9 0,06 0,08 0,54- ДО 0,2 до 0,1 0,7 0,54-до 0,3 до
СЧ 32-52 3,04-3,4 1,04-1,5
1,0 0,12 i !
176
Таблица 94 и область применения отливок из конструкционного чугуна (С. Я. Фукс)
_| ста
N1 Сг Мо Термообработка Твердое НВ Область применения К я S <£ М тз о £ Ч Н о о а
1,84- 2,2 0,2-4 0,4 0,64-0,8 0,24-0,4 0,74-1,0 0,4-4 0,6 Нормализация, закялка в масле с 850°, <-тп\ск п; и 180-7-230° 2404- 270 420-4 520 2104-260 Ковочные штампы Гильзы грузовиков и авто оу со в Гильзы дизелей юо-4 300 10—12 124-20
2,54- 3,0 1,4-4 1,7 0,64- 1,0 о,34-0,5 0,44-0,6 Закалка в масле с 850°, стпуск при 350° Закалка в масле с 840°, отпуск при 2 л,—300° 350-4 400 (до 260) 450— 550 (240 4-270) Ма лые штам пы для высадки и горячей штамполки Шесте ни с н а резным зубом до 250 до 50
0 84-1,0 1,8 4-2,0 5,0-4 6,0 0.U-0,2 0,14-0,2 1,04-1,5 1,0-4 1,2 0,84-1,0 Отжиг при 680°. закалка с ‘50° с охлаждением на воздухе 280-4 340 280— 3'0 4094-450 1 Штампы для горячей вы садки Шестерни Гильзы для ВТОЦИЛИПД ров, тормозные блрабн НЫ. Д'ТНЛИ шлифова ib-ных станков; легкие вы ез-ные шт млы; волочильные матрицы 50 4-150 154-75 20-450
12 Справочник
177
Составы чугунных отливок со специальными
Назначение отливок Химический состав в %
Собщ Si Мп Р S
Коррозионностойкие отливки: неответственные . 3,2- 1,3- 0,4- 0,1— до
3,6 1,5 0,7 0,3 0,10
ответственные. 3,0- 1,4- 0,7- до до
3,5 1,9 1,0 0,20 0,10
высокой коррозионной стойкости . 2,6- 3,0 1,5 0,7 0,3 до 0,08
2,4- 2,8 2,5 2,2 0,15 до 0,06
2.7- 3,2 1,0- 2,0 0,8 1,5 0,4 до 0,12
2,7- 3,2 1,0- 2,0 0,8-1,5 0,4 до 0,12
высокой кислото- 2,4 1.2- 1,3 0,4-0,5 — —
упорности 0.8- 0.8- низ- низ-
1,5 1 2 1,0 кое кое
0,8- 14- 0,25— макс. макс.
1,8 18 20 0,2 0,05
щелочноупорные 3,2- 1.3- 0,4- 0,1- до
3,6 1,5 0,7 0,3 0,1
2,8- 0,5- 0,5- 0,05— 0,05—
3,2 2,0 1,0 0,15 0,16
Отливки 3,0 о,8 1 0 —- —
жаростойкие 3,2— 3,6 1,7— 2,ь 0.6- 0.9 0,4 0,12
при 800°С . 3,0- 4,0— до до до
3,2 4,5 1,0 0,2 0,12
850°С 2,4- 0.5 0,4- до
2,5 5 0.2 0.5 0,1
900J С . 2,3- ь ,6— 0,4- до
2,4 6 0,7 0,5 0,1
Отливки коррозионно- 1.2— 1,3- 0,о - До
стойкие 2,0 2,0 0,8 0,10 0,05
износостойкие и жаро- 1,2— 1,3- 0,6- до
стойкие до 1000°С 2,2 1,7 0,8 0,10 0,05
178
физико-химическими свойствами [81
Таблица 95
Механические свойства
Сг Ni Си А1 <?вр в кг} мм2 Зеи в кг/мм* НВ О 3? о 5 в
0,8-1,4 0,3-0,5 — — — — — —
— 14,0 7,0 — 24 44 150 —
2-4 11,0 5,8- 6,0 — 24 44 160 —
1,5-4,0 12,16 6-8 — 24 44 130-180 ——
1,5-4,0 18—19 6-8 — 21 40 130-180 —
32-35 — — ч— — 50-55 250 2-6
27-30 3,0-3,5 — — — 55-70 220-270 6-8
—• — — — — — —
— 0,2-0,5 — — — — —~ —
—— 2-5 — — — — — —
— — — — 20-25 35-50 200-260 8-9
2,5-3,5 — —
2,0—2,5 — — — — — — —
— — — — — — — —
— — — 5,5- 7,0 — 20-25 170—200 —
32-36 12* — — 20-24 —' 25-30 — 5-6 179
легированные чугуны
В промышленности применяются также различные виды легированных чугунов (рис. 24). Свойства их приводятся в табл. 94—95.
0,50 100 1,50 2,00 2,50 % Количество легирующих элементов
Рис. 24. Влияние легирующих элементов на твердость и предел прочности при растяжении серого чугуна [И].
Легирование чугуна позволяет повысить его механик ческие, а во многих случаях и физические свойства (жаростойкость, коррозиоустойчивость, немагнитность и др.). Легирующие элементы влияют как на образование графита, так и на структуру металлической основы. К элемен’ там, способствующим графитизации, относятся: алюминий, кремний, титан и др., к «препятствующим графитизации: марганец, молибден, хром и др. Почти все легирующие элементы повышают устойчивость аустенита, что в связи с большей степенью переохлаждения, чем у нелегированного чугуна, приводит к получению более тонкого графита и к более дисперсной структуре металлической основы. Все это и вызывает повышенные механические свойства легированных чугунов.
Данные по важнейшим видам легированных чугунов даны в табл. 95.
V. ТЕРМИЧЕСКАЯ
И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ И ЧУГУНА
ТЕХНОЛОГИЯ НАГРЕВА
Нагрев стали необходим для обеспечения фазовых превращений, приводящих, как правило, к переводу исходной структуры (перлита, сорбита) в аустенит. Температура в условиях медленного нагрева определяется диаграммой железо — углерод. Однако в реальных условиях температуры превращений зависят ог скорости нагрева. Чем больше эта скорость, тем температура превращения выше и время превращения меньше. Скорости нагрева бывают: технически возможная и допустимая. Они зависят от ряда причин.
Надо учитывать, что нагрев изделий осуществляется за счет теплопроводности, конвекции и лучеиспускания. Нагрев конвекцией происходит при температуре печи (нагревательных элементов) ниже 700—600°. Выше 700—800° нагревательные элементы, под, свод и стенки начинают светиться и нагрев идет главным образом за счет лучеиспускания. Теплопроводность повышается с повышением температуры. Теплоотдача осуществляется различными нагревательными устройствами по-разпому. Так называемый коэффициент теплоотдачи зависит от природы нагревающей среды, циркуляции среды, температуры, а также от формы и размеров деталей. Нагрев в жидких средах происходит быстрее, чем в газовых. Так, нагрев в расплавленной соли идет в 2 раза быстрее, чем в газовой среде, а в расплавленном свинце—в 4 раза быстрее Циркуляция газовой 181
Таблица 96
Время прогрева (мин.) цилиндрических и квадратных заготовок в пламенной печи при всестороннем нагреве [8]
Температура печи Диаметр цилиндра или сторона квадрата в мм
25 50 75 100 150 | 2Ю |250 | I 400
и заготовки в °C Cl «к л о. л
। К X X Я н И Я X X * Я н а я X S я । а х х Я (-X со 1 Ц и ИНДР
X ч X 4 X CL х ч X О. X Ч
300 20 37 62
500 14 — 32 — 47 .
650 13 — 31 — 4Z — —
750 11 14 31 35 47 50 70 70 230 250 350 400
9и0 9 13 25 25 32 42 70 70 120 160 230 250
1000 — — 25 — 35 — 60 — 90 123 180 230
И ио 7 11 23 22 31 32 40 40 80 110 160 180
1200 — — 2и — 30 — 40 — 70 100 120 150
Таблица 97
Металлические сплавы, применяемые в качестве нагревающих сред
Химический состав сплава в % Температура плавления в °C
Sn РЬ Cd
55,4 35,6 9,0 150
50,5 47,0 2,5 175
40,5 59,5 — 200
32,5 67,5 — 225
15,0 85,0 280
182
Таблица 98
Соли, применяемые в качестве нагревающих сред [5]
Состав солевой нагревающей среды Температура плавления в °C Температура практического применения
(весовые проценты)
55»/о KNO3+45% NaNO2. 137 150- 500
55% NaNO3+45% NaNO2 221 230- 550
55% NaNO3+45«/0 KNO3 218 230— 550
55 % KN03+45»/o NaNO3 218 230- 550
NaNO3 ( )CT 5110) . 317 325- 600
KNO, (OCT 956) . . 337 350— 600
28 % NaCl-|-72^ CaCl3 500 540- 870
5ОоД Na2CO34-50% KC1 • 560 580- 820
50’/0 NaCl-|-50% K2COg 560 580- 820
35% NaCl-|-65% Na2CO3 620 650- 820
50’/o CaCi2-["5o% BaCl2 . . 600 650- 9 J0
22% NaCl+78% BaCl2 654 675- 900
44 и> NaClf-56% KC1 . 663 700- 870
NaCl Ь08 850-1100
BaUl2 . ... • 960 1 ICO-1350
33,3% CaCl2 4" 33,3% BaCl2 -|--f-33,4% NaCl 570 6Ю- 870 Таблица 99
Формулы (практические) для определения продолжительности подогрева и окончательного нагрева под закалку различных инструментов [5]
Вид инструмента Время подогрева Т в Мин. до темпер -туры °C Время Т в мин. ОКОН-Чительного - а< рева поз закалку
550-600 800-850
Метчики, развертки, сверла, круглые протяжки и другой стержневой инструмент z=cD z=aD
183
Вид инструмента
Продолжение таблицы 93
Рремя подогрева Т в мин. до темпера-чуры° с
550—6С0 800-850
Время X в мин. окончательного нагрева под закалку
Фрезы, насадные развертки, насадные зенкеры, имею-
D—d
1гие—2—<Л •
Круглые и накатные плаш-D-d ки, фрезы при —
Молотовые штампы и штампы для холодного деформирования стали
Круглые протяжки из легированной стали при нагреве в электропечи .
Шпоночные протяжки
x=ch
x=ah
x=flf+4
т=Л + 4
i—bh
i=(d+4)b
Примечание. D —диаметр режущей части инструмента в мм; d — диаметр отверстия инструмента в мм; h — высота и толщина в мм\ Ь, с, а —-коэффициенты, см. табл. 100.
среды при температурах до 600°, когда в основном теплоотдача идет за счет конвекции, способствует ускорению нагрева. Чем больше поверхность, тем скорее при данном объеме происходит нагрев. Так, шар нагревается в 3 раза, а цилиндр в 2 раза быстрее, чем пластина, если d шара —
d цилиндра » 5 пластины (при двустороннем подводе тепла).
Всесторонний подвод тепла способствует, конечно, более быстрому нагреву изделий, чем односторонний. Расположение деталей в печи и их взаимно© расположение так-184
же оказывает сильное влияние на возможную скорость нагрева. Наконец, надо указать такие внутренние физические свойства стали, как теплопроводность, теплоемкость, температуропроводность. Чем выше эти показатели, тем возможная скорость нагрева будет больше.
Допускаемая скорость нагрева [5] зависит от химического состава стали, -поскольку она влияет на теплофизические свойства, от структурного состояния стали, от конфигурации изделия, от интервала температур, в котором ведется нагрев. Можно считать, что допустимая скорость на-। рева тем выше, чем менее легирована сталь, однородна ее макро- и микроструктура, проще конфигурация изделия и равномернее подвод тепла к нему. Так как при нагреве имеет место перепад температур по сечению, то возникают
Таблица 100
Значение коэффициентов Ь, с, а, (мм/мин) для расчета продолжительности нагрева по формулам табл. 99 [5]
Материал инструмента Коэффициент Тип печи
печь периодического действия
Углеродистая сталь а 0,10-0,17 0,7- 0,8
0,30-0,35 1,2-1,5
(без подогрева) (без подогрева)
b 0,30—0,40 1,4-2,5
Легированная сталь а 0,15—0,20 1,0-1,2
Ь 0,30-0,40 1,4-2,5
Высоколегированная сталь Х12и Х12М а 0,17-0,18 0,4-0,5
b 0.30-0,4» 1,4 2,5
с 0,30-0,35 0,8-1,1
Быстрорежущая (для Р1 8 и Р9)
сталь . а 0,9 -0,12 0,25
Примечание. Для свинцовой ванны коэффициент а (для углеродистой стали) равен 0,1 (без подогрева).
185
температурные напряжения, которые и ограничивают допустимую скорость. Превышение допустимой скорости нагрева приводит из-за больших температурных напряжений к короблению. По данным Н. Ю. Тайца, возникающие напряжения можно определить по формулам:
для цилиндра So = 0,72 а Е /\t,
для пластины Ъ & = 0,92 а Е /\t, где я — коэффициент линейного расширения (для железа а = 12. 10~6).
Е — модуль упругости на растяжение и сжатие в кг/лш2;
5 —допускаемое напряжение в кг/мм2\
/\t — перепад температур в °C.
Допустимая скорость нагрева для стали определяется по формулам:
5,6 a ZD
для цилиндра Cd ~, аЕх*
2.1 а Ьо для пластины Cd = —а£лъ—
где а — коэффициент температуропроводности в м2/час, х или R — половина толщины пластины или радиус цилиндра в м.
Допустимая разность температур по сечению будет:
7,4 & d для цилиндра —~g~ »
1,05 bD для пластины — •
В табл. 107—112 приводятся некоторые практические данные о скоростях и продолжительности нагрева в различных средах. На производстве применяют следующие четыре режима нагрева (рис. 25):
1) медленный, осторожный нагрев изделий вместе с печью. Изделия загружаются в холодную печь. Перепад температуры по сечению невелик, но время нагрева весьма значительно. Применяется этот режим главным образом для отливок или поковок сложной конфигурации из легированных сталей (а);
2) изделия загружаются в печь, нагретую до заданной температуры, и прогреваются при этой температуре. Время нагрева здесь меньше, но разность температур по сечению, 186
а также температурные напряжения больше, нем для предыдущего случая (б);
3) изделия загружаются в печь, температура которой выше заданной. В процессе нагрева температура снижается до заданной. В этом случае скорость нагрева высокая, но разность температур по сечению и возникающие напряжения велики (в);
4) изделия загружаются в печь, температура которой непрерывно поддерживается выше заданной. Изделия на-
Рис. 25. Различные режимы нагрева изделий в печи[50]:
tn — заданная температура нагрева; ^пч — температура печи; tn — температура поверхности; 61 — температура центра;
ностью
Д t — разность температуры между поверх-и центром; т2, т3, — время прогрева для
четырех различных случаев.
заданной температуры, но ниже температуры
гревают до
печи. Это наиболее форсированный режим, применяемый в конвейерных или других проходных печах. Здесь разность температур по сечению и напряжения наиболее велики.
Для прогрева изделий до заданной температуры по всему сечению и для завершения структурных превращений делается выдержка, обычно составляющая от */4 до -’/2 времени нагрева. Время выдержки для прогрева изделий по сечению можно определить по формуле:
Я2 ч = а где R—радиус цилиндра в м, х — половина толщины пластины в м, а —коэффициент температуропроводности в м21час,
Л1 и К2 — коэффициенты, равные при разности температур:
187
Ы = 5°
Д/ = 10ct
Д/ = 20J
К1 0,6
Я] = 0,4
Кх = 0,3
1,2
К2 = 0,9
К2 = 0,35:
ОКИСЛЕНИЕ И ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЕ
В процессе нагрева стальных изделий происхпппт mv окисление и обезуглероживание. Получение на поверхности окалины идет за счет образования окислов железа по реакции 2Fe+O2 -> 2FO или 3Fe + 2O2 РезО4.
Образование на поверхности окалины приводит к угару металла, искажению геометрической формы изделий, уменьшению теплопроводности, что понижает скорость нагрева, повышению твердости, ухудшающей механическую обрабатываемость. Слой окалины снимается путем травления, пескоструйной или дробеструйной обработки, очисткой в барабанах, а также механической обработкой.
Обезуглероживание состоит в выгорании углерода с поверхности по реакции С + О2 СО2. Обезуглероженный слой обладает пониженной твердостью и прочностью и особенно низкой усталостной прочностью. Он должен быть снят механической обработкой.
Интенсивность, с которой происходит окисление и обезуглероживание, зависит от состава печной атмосферы, а также от температуры. Чем выше последняя, тем процессы идут сильнее. В печную атмосферу входит ряд газов, по-разному влияющих на окисление и обезуглероживание. Установлено, что СО и СН4 науглероживают, СО2 обезуглероживает, СО2 окисляет, О2 и Н2О окисляют и обезуглероживают. Подбирают такие условия в газовой среде, при которых реакции обезуглероживания науглероживания и окисления ^2 восстановления идут с одинаковой скоростью, что приводит к созданию в печах нейтральной атмосферы, при нагреве в которой состав стали не изменяется. Такие печи называются печами, с нейтральной или контролируемой атмосферой. С помощью специальной установки приготовляют смесь газов, которую впускают в герметичную муфельную электрическую печь или в печь с радиационными трубами.
В табл. 101—102 даны характеристики контролируемых 188
Таблица 101
Характеристика контролируемых атмосфер [8
Тип атмосферы Обозначение Метод изготовления Состав сухой атмосферы в % (объемный) Оборудование
СО со2 на сн4 n2
СЧ Z 1 о сч X ДА Диссоциация NH3 с осушкой алюмогелем или силикагелем — — 75 — 25 Испаритель, диссо-циатор, адсорбер
L X Без осушки (безводный NH3) — — 75 — 25 То же, без адсорбера
ПСА-08 Частичное сжигание. при а = 0,8 диссоциированного NH3 с глубокой осушкой — 7-20 93-80 Испаритель, диссо-циатор, камера сжигания, охладитель, рефрижератор, адсорбер
СЧ Z L о о 1 о ГГ-С Получение сухого генераторного газа из древесного угля 30 2 6 1 61 Генератор, фильтр, воздуходувка
ГГ-ВО 1 Получение генераторного газа в реторте с внешним обогревом при t > 1000°С 33 0,2-0,7 6 1 59,5 i Газогенератор, реторта с внешним обогревом, охладитель, фильтр, воздуходувка
Продолжение таблицы 101
Тип атмосферы Обозначение Метод изготовления Состав сухой атм сферы в % (объемный) Оборудова
СО со2 н, сн4 N,
СЧ ПС-06 Частичное сжигание углеводородного газа при а =0,6, охлаждение до +20°С 10 6 15 0.5 68,5 Воздуходувка, смеситель, регуляторы, камеры сжмгания, охладитель
Z 1 ПС-09 То же, а =0,9 1 10 1 — 88,0 То же
1 о СЧ г 1 ПСС-06 То же, а =0,6, охлаждение до +4°С 10 6 15 0,5 68,5 То же и рефрижератор
г 1 СЧ о о 1 о ПСО-06 То же, а =0,6, охлаждение, очистка от СО2, осушка до точки росы —40°С 10 0,1 16 1,5 72,5 Камера сжигания, охладитель, колонка поглощения СО2, колонка восстановления, теплообменники, ад-
о ПСО-09 То же, а =0,9 2 0,1 2 — 96 сорбер То же
ГГ-С Генераторный газ, очищенный от H2S болотной рудой, осушка до 4-4°С 25 5 12 1 0,3% о2 57 Башни для очистки от H2S, рефрижератор
Продолжение таблицы 101
Тип атмосферы Обозначение Метод изготовления Состав сухой атмосферы в % (объемный) Оборудование
СО со, На сн4 N.
СЧ Z 1 о £ 1 <м г 1 ПСО 09 То же, сжигание при «=0,9, очистка от СО2, осушка до —40°С 4 0,2 4 — 91,8 Колонка поглощения H2S, камера сжигания, колонка поглощения СО2, адсорбер, колонка восстановления раствора, теплообменники
со о о 1 о о ГГ-0 Получение генераторного газа из антрацита, древесных чурок и т. д., очистка от СО2, осушка до —40°С 25 0,2 12 1—2 0,03% О2 62 Газогенератор, охладитель, колонка поглощения СО2 и H2S, колонка восстановле- ния раствора, теплообменники, адсор- бер
Продолжение таблицы 101
6 S н "Я Обозна- Метод изгот Состав сухой атмосферы в % (объемный; Оборудование
со «О С <1> х-е* чеьие СО со, на сн4 Na
ПС-Э Пропускание продуктов сжигания газа (без H2S) + древесный уголь через раскаленный древесный 30 0,5 18 — 1 51,5 1 Газогенератор с ретортой, фильтр, воздуходувка, регуляторы
СО--СО3—Н2—СН4—N3 кг-во ПС-06 кг-н3о уголь Крекирование углеводородных газов в смеси с воздухом при а =0,25 и 0,3 И температуре газа 1000°С Частичное сжигание керосина в смеси с воздухом при « =0,6, охлаждение до 4-20°С Пиролиз и крекинг керосина в смеси с водяным паром, очистка от смол и сажи 21 10 16 0,5 6 0,5 40 20 60 2 3 10 36,5 61 3 % Сп Нт о,5% оа 10 Реторта с внешним обогревом, фильтр, охладитель, газодувка, регуляторы Камера сжигания, рекуператор, скруббер, фильтр, насос, воздуходувка Крекинг-камера, скрубберы, гидравлик, насосы
Таблица 102
13 Справочник
Применение контролируемых атмосфер [8]
Операция термообработки Обрабатываемый металл Температура процесса в °C Требуемый вид поверхности Рекомендуемые типы атмосфер
Отжиг Нормализация Малоуглеродистая сталь Средне- и высокоуглеродистая сталь Средне- и высокоуглеродистая легированная сталь Быстрорежущая сталь Хромистая и хромоникелевая нержавеющая сталь Малоуглеродистая сталь Средне- и высоко-углеродистая сталь и легированная сталь 650 — 750 650 - 800 700 — 870 760 — 870 980- 1150 870- 1000 800- 1100 Светлый Светлая, без обезуглероживания То же То же Светлый Светлый или чистый Светлая, без обезуглероживания ДА, ПСА-08, ПСС-06, ПСО-06, ПСО-09, ПС-06 с дополнительной осушкой ГГ-ВО, ПСО-06, ПСО-09 ГГ-ВО, ПСО-06, ПСО-09, ПС-Э ПСО-06, ПСО-09 ДА ПСА-09, ГГ-С, ПСС-06, ПС-06 с дополнительной осушкой ПСО-06, ПСО-09, ГГ-ВО, гг-о, кг-во
атмосфер и области их применения. В производстве применяют и более простые, но менее дорогие методы, которые могут в той или иной мере защитить стальные изделия от окисления и обезуглероживания. Нагрев заготовок в ящиках или трубах с засыпкой чугунной стружкой или отработанным карбюризатором частично предохраняет от окисления.
Однако такой способ трудоемок и увеличивает время нагрева. Нагрев в соляных ваннах (из ВаС12, NaCl, К2СО3 и др.) хорошо защищает от окисления, но при этом возможно обезуглероживание. Для предотвращения его рекомендуется периодически, через 4—6 часов непрерывной работы, проводить раскисление обезвоженной бурой в количестве 2—3% или ферросилицием в количестве 0,5—1% от веса. Раскисляют также желтой кровяной солью (K4Fe(CN)6) или смесью карборунда (SiC) и кальцинированной соды (Na2CO3).
При нагреве под закалку иногда применяют для защиты от окисления покрытие пастами. Примерные составы такой пасты: 100 см3 жидкого стекла и 1О0 г красного талька или 75 г огнеупорной глины, 25 г графита, 14 г буры, 30 г карборунда и 200 г воды. Пасту наносят на изделие, дают ей просохнуть и затем изделие нагревают обычным образом. После закалки изделие промывают в горячем содовом растворе.
Для предупреждения окисления при нагреве инструмента из быстрорежущей стали его покрывают бурой. Для покрытия бурой инструмент нагревают до 850° и погружают в горячий насыщенный раствор буры или погружают в порошок буры.
Мелкие детали можно без окисления нагревать в герметически закрытых стаканах с применением металлического натрия или калия. На дно стакана кладут завернутый в асбест натрий или калий и покрывают асбестом, на последний кладут деталь. При высокой температуре весь кислород поглощается за счет реакции 4Na + О2-> 2Na2O, и нагрев идет в безокислительной атмосфере.
ЗАКАЛКА
Закалка представляет собой операцию, заключающуюся в нагреве стали выше критических точек на 20—30° и выдержке при заданной температуре с последующим быстрым охлаждением. Закалка приводит к получению неравно-194
веемого Состояния и соответствующей неравновесной структуры.
Назначение и режимы различных видов закалки приведены в табл. 103.
Наиболее совершенным при закалке является нагрев в печах с нейтральной, контролируемой атмосферой. Однако эти печи применяются пока недостаточно широко из-за сложности конструкции и дороговизны, а также из-за возможности окисления изделий при закалке во время переноса их из печи в закалочную жидкость. Нагрев в расплавленных солях, при условии их тщательного раскисления, не вызывает окисления и обезуглероживания. Изделие не окисляется и при переносе его из ванны в закалочную среду, так как оно покрыто тонкой пленкой соли. Нагрев в соли происходит значительно быстрее, чем в пламенных и электрических печах. Для местного нагрева соли непригодны, так как они нагревают недостаточно быстро. В этих случаях .можно применять расплавленные металлы, например свинец. Однако дороговизна и дефицитность свинца, его большой расход в связи с уносом из ванны вместе с нагреваемыми изделиями, а также вредность паров свинца делают его применение весьма ограниченным. Взамен его в ряде случаев можно применять более дешевый сплав — силумин (сплав алюминия с 11—13%кремния), хотя он менее удобен, так как имеет высокую температуру плавления и может способствовать некоторому разъеданию поверхности изделий. В настоящее время для местного нагрева чаще употребляют индукционный нагрев токами высокой частоты.
ЗАКАЛОЧНЫЕ СРЕДЫ
Назначение закалочной, охлаждающей среды — предотвратить распад аустенита при температурах, превышающих начало мартенситного превращения. Для этого охлаждающая среда должна обеспечить довольно высокую скорость охлаждения в широком интервале температур. В то же время слишком значительная скорость охлаждения нежелательна, так как это может привести к большим термическим напряжениям. Особенно опасно возникновение этих напряжений в интервале мартенситного превращения, то есть примерно ниже 300—250°, так как здесь еще дополнительно возникают напряжения, связанные с образованием мартенсита. В неблагоприятных случаях суммарные 13* 195
Таблица 10$
Классификация операций термической обработки стали (Н. Ф. Болховитинов)
Название операции Определение операции Назначение Структурные превращения Конечные структуры
Рекристаллизационный отжиг Нагрев холодно- обработанной стали выше температуры рекристаллизации (ниже критической температуры), выдержка и (последующее охлаждение Снижение твердости и увеличение вязкости и пластичности холод-нообработанной (тянутой, катаной или штампованной) стали Образование новых равноосных зерен । вместо ориентированной волокнистой структуры деформированного металла Мелкозернистая равновесная структура, свободная от *внут( енних напряжений.
Низкотемпературный отжиг Нагрев стали ниже критической температуры (ниже температуры рекристаллизации), выдержка и последующее охлаждение Снятие внутренних напряжений, снижение твердости
Продолжение таблицы 103
Название операции Определение операции Назначение Структурные превращения Конечные структуры
Полный Нагрев доэвтектоид- Создание мелкозер- Образование Перлит и
отжиг ной стали до температуры выше критической точки Асз (линия GS), выдержка и последующее медленное охлаждение (30—200 град/час в зависимости от состава стали) нистости, понижение твердости и повышение вязкости (пластичности). Снятие внутренних напряжений аустенита с последующим распадом его на ферритно-цементитную смесь феррит
Неполный Нагрев стали до Для улучшения об- Фазовую пе- Перлит и
отжиг температуры выше критической точки Ас\ (линии PSK), выдержка и последующее медленное охлаждение рабатываемости резанием, проката и поковок. Применяется вместо полного отжига для заэвтектоидной стали рекристаллизацию проходит лишь перлит феррит (до-эвтектоидные стали)и пер-Л1Т и цементит (заэвте-ктоидные стали)
Продолжение таблицы 103
Название операции Определение операции Назначение С тру ктурные превращения Конечные структуры
Изотерми- Нагрев стали до Для улучшения об- Образование Пластин-
ческий от- температуры выше рабатываемости реза- аустенита с чатый пер-
жиг критической точки Асз (линия GS), выдержка, ускоренное охлаждение до температуры наименьшей устойчивости аустенита, выдержка при этой температуре для завершения перлитного превращения и охлаждение на воздухе нием легированной стали и сокращения длительности отжига. Устранение внутренних напряжений последующим изотермическим распадом его на фер-ритнокарбид-ную смесь лит и феррит
Отжиг на Нагрев стали до Понижение твердо- Устранение Зернистый
зернистый цементит температуры несколько выше критической точки Aci, длительная выдержка, медленное охлаждение до 650°С и последующее охлаждение на воздухе сти и улучшение обрабатываемости инструментальных и шарикоподшипниковых сталей пластинчатого и смешанного перлита и сетки цементита цементит
Продолжение таблицы 103
Название операции Определение операции Назначение Структурные превращения Конечные структуры
Диффузи- Нагрев стали зна- Устранение химиче- II Уменьшение Более од-
онный от- чительно выше крити- ской неоднородности '' ликвации в нородная
.жиг ческой температуры Лез (1050— 1150°С), длительная выдержка и охлаждение в печи до заданной температуры (ликвации) у легированной стали структуре легированной стали структура легированной стали
Нормали- Нагрев стали до Измельчение зерна, Фазовая пе- Тонкопла-
зация температуры выше критической точки Ас3 (Асет), выдержка и последующее охлаждение на воздухе разрушение карбид- ной сетки и подготовка к дальнейшим операциям термической обработки рекристаллизация стинчатый перлит и феррит (цементит)
Высокая Нагрев стали до Улучшение обраба- Фазовая пе- Перлит и
нормализация 5 960—980°С, выдержка и охлаждение на воздухе; после нормализации нередко произ-I водят высокий отпуск при 650°С тываемости резанием низкоуглеродистых легированных сталей рекристаллизация и укрупнение зерна феррит
8
Продолжение таблицы 103
Название операции Определение операци Назначение Структурные превращения Конечные структуры
Закалка Нагрев до темпера- Повышение прочно- Образование Мартенсит
при непрерывном охлаждении (обычная закалка) туры выше критической точки Асз (доэв-тектоидные стали) или Act (заэвтектоидные стали), выдержка и охлаждение со скоростью не менее критической сти и твердости аустенита или аустенита и карбидов с последующим превращением аустенита в мартенсит или мартен-сит+ карбиды и остаточный аустенит
Закалка с подстужи-ванием Подстуживание изделий перед погружением в закалочную среду с целью уменьшения разницы между температурой изделий и охлаждающей средой Для снижения внутренних термических напряжений (по сравнению с получаемыми при обычной закалке) То же То же
Закалка струйчатая Охлаждение путем обрызгивания при помощи душирующего приспособления До повышения скорости охлаждения i То же 1 То же
Название операции Определение операции
Закалка в двух средах Охлаждение изделий в воде с последующей переброской в масло или выдачей на воздух, чтобы мартенситное превращение протекало в условиях медленного охлаждения
Закалка с самоотпус-ком Кратковременное погружение изделий в закалочную среду с последующим мед- ленным охлаждением на воздухе, во время которого закалившаяся зона отпускается за счет тепла сердцевины или той части, которая не погружалась
8 в закалочную среду
Продолжение таблицы 103
Назначение Структурные превращения Конечные структуры
Для снижения структурных напряжений То же То же
Для уменьшения внутренних напряжений и замены последующего низкого отпуска
Образование аустенита или аустенита и карбидов с последующим превращением аустенита в мартенсит
Отпущенный мартенсит
Определение операции
Название операции
Закалка светлая Нагрев в защитной атмосфере и охлаждение в расплавленной щелочи
Закалка местная Закалка части изделия, например только лезвия режущих частей уборочных машин, где необходима высокая твердость и износостойкость
Закалка поверхностная Нагрев электротоком или газовым пламенем только поверхности изделия; сердцевина изделия после охлаждения остается незакаленной
Продолжение таблицы 103
Назначение Структурные превращения Конечные структуры
Для предупреждения обезуглероживания, окисления и сохранения чистоты поверхности То же Мартенсит или мартенсит + карбиды и остаточный аустенит
Создание высокой твердости, где это требуется, и сохранение вязкости остальной части изделий То же То же
Создание твердой, износостойкой поверхности То же То же
Продолжение таблицы ЮЗ
Название операции Определение операции Назначение Структурные превращения Конечные структуры
Закалка Быстрое охлажде- Снижение внутрен- Образование Мартенсит
ступенчатая ние в зоне температур перлитного и промежуточного превращений в расплавленной соли, кратковременная выдержка при температуре несколько выше (ниже) мартенситной точки Мн в течение времени, не вызывающего распад аустенита них напряжений и предупреждение закалочных трещин и деформации изделий аустенита или аустенита и карбидов с последующим превращением аустенита в мартенсит или мартенсит 4- карбиды и остаточный аустенит
Закалка Быстрое охлажде- Уменьшение терми- Образование Бейнит
изотерми- ние через зону перлит- ческих и структурных аустенита или или бейнит
ческая > > 1 ного превращения в расплавленной соли, выдержка в этой среде в зоне температур промежуточного превращения для возможно полного распада напряжений, предупреждение образования трещин, деформаций аустенита и карбидов и превращение аустенита в бейнит и карбиды, иногда также мартенсит и остаточный аустенит
Название операции Определение операции
Отпуск стали аустенита и охлаждение на воздухе. Температура изотермической выдержки зависит от требуемых свойств деталей и лежит выше точки Л1н, но ниже зоны перлитного превращения Нагрев закаленной стали ниже нижней критической точки (линии PSK), выдержка и охлаждение
Низкий отпуск Нагрев до 150— 220°С, выдержка и охлаждение. Отпуск при 100—120°С называется старением
Продолжение таблицы 103
Назначение Структурные превращения Конечные структуры
Снижение внутрен- Распад мартенсита и остаточно- Структуры
них напряжений, увеличение вязкости и уменьшение твердости изделий, получение заданной структуры и свойств го аустенита с образованием отпущенного мартенсита или фер-ритноцементит- ной смеси (троостит и сорбит отпуска) отпуска
Снижение внутренних напряжений, сохранение высокой твердости и износостойкости То же Отпущенный мартенсит, карбиды и остаточный аустенит
Название операции Определение операции
Средний отпуск Нагрев закаленной стали примерно до 300—450°С, выдержка и охлаждение
Высокий отпуск Нагрев до 500— 650°С, выдержка и охлаждение. Закалку и высокий отпуск называют улучшением
Обработка холодом Охлаждение закаленной стали до температур ниже (или несколько выше) точки Мк, выдержка и медленное повышение температуры до комнатной
Продолжение таблицы 10?
Назначение Структурные превращения Конечные структуры
Снижение внутренних напряжений, повышение предела упругости и пластичности То же Троостит отпуска
Получение высокой вязкости и пластичности при достаточной прочности То же Сорбит отпуска
Устранение остаточного аустенита для стабилизации размеров, повышения твердости и износостой- Превращение остаточного аустенита в мартенсит Мартенсит, мартенсит и карбиды
(термические и мартенситные) напряжения могут достигнуть большой величины, что приводит к деформации, а иногда и к закалочным трещинам.
С точки зрения устойчивости переохлажденного аустенита при различных температурах следует, что аустенит можно охлаждать не с одинаковой скоростью в различных температурных интервалах. Примерно до 650° сталь при закалке можно охлаждать медленно, обычно это достигается подстуживанием на воздухе. Далее, от 650 до 400°, а многие легированные стали до 300° надо охлаждать быстро во избежание распада аустенита на ферритоцементитные смеси. Наконец, в районе мартенситного превращения, ниже 300—250°, допустимо и желательно медленное охлаждение. При этом охлаждение в интервале 650—400° для углеродистых сталей по сравнению с легированными должно быть более быстрым, так как у них повышена критическая скорость охлаждения. Недостатком воды как охлаждающей среды является слишком большая и ненужная скорость охлаждения в нижнем интервале температур. Масло в этом отношении является лучшей средой, но оно лишь, умеренно охлаждает в интервале температур малой устойчивости аустенита (650—400°) и поэтому пригодно для закалки легированных сталей, а также изделий из углеродистых сталей с небольшим сечением (диаметр дс 10 мм).
Для более быстрого охлаждения в интервале 600— 500° к воде добавляют едкий натр или поваренную соль. В последнее время для замены минерального масла при закалке опробывают 5%-ный раствор марганцевокислого калия. В табл. 104 и 105 приведены данные по скорости охлаждения стали в различных средах, а также свойства: закалочных масел и некоторых водных растворов.
Интенсивность охлаждения зависит и от движения' среды или изделия (табл. 106). Для ступенчатой и изотермической закалки применяются селитры и их смеси, а для получения светлой поверхности — едкие щелочи, н их смеси (табл. 107).
ПРОКАЛИВАЕМОСТЬ СТАЛИ
Прокаливаемость — глубина проникновения закаленной зоны. При закалке деталей скорость охлаждения по сечению неодинакова. С поверхности деталь наиболее быстро охлаждается. Постепенно от поверхности по направлению к 206
Таблица 104
Свойства закалочных масел [13]
Наименование закалочных масел Удельный вес при температуре 185 Температура вспышки в °C Температура воспламенения в °C Абсолютная вязкость при температуре 20° Примерная вязкость при температуре 40° Относительная закаливающая способность при температуре 20° в сравнении с водой
Веретенное 2 0,876 65 — 2,20- 2,00 — 0,35
Веретенное 3 0,881 170 - 2.80 — 3,20 — —
Трансформаторное 0,869 155 182 0 218 75 0,17
Машинное . 0,909 207 240 1,290 250 0,22
Хлопковое 0,925 321 360 0,795 175 0,36
Оливковое 0,917 310 360 0,800 200 0,37
Парафиновое 0,879 163 188 — — 0,29
Рапсовое 0,874 193 229 — 250 0,22
Пальмовое — 224 252 0,449 220 0,15
Машинное Л (ГОСТ 1707—51) 0,864 180 220 1,50 — —
Машинное С (ГОСТ 1707—51) 0,900 190 240 5,5- — —
Машинное СУ 7,0
(ГОСТ 1707—51) 0,900 200 — 6,0- — 0,22
7,5
Цилиндровое — 215 — — — —
сердцевине скорость охлаждения уменьшается. Прокали-ваемость зависит от критической скорости, то есть от минимальной скорости охлаждения, приводящей к получению мартенситной структуры. Чем меньше критическая скорость закалки, тем больше .прокаливаемость стали. Для сквозной прокаливаемости необходимо, чтобы критическая скорость 207
Таблица 105
'Свойства водных растворов Хлористого натрия и кальция, едкого натра и чистой воды [13]
Закалочная жидкость Удельный вес при температуре 15° Скорость циркуляции в м{сек Относительные закаливающие способности при различных температурах ванны в °C
20 40 I 60 80 100
Раствор поваренной соли (в %) 5 1,036 В покое 1,12 0,91 0,62 0,28
10 1,073 0,9 1,23 — — —
15 1,111 0,9 1,27 — — — —
20 1,151 В покое 1,06 — — — —
26 1,204 0,9 0,81 — — — —
'Раствор едкого натра (в %) 2,5 1,029 В покое 1,19 1,17
5 1,058 То же 1,04 0,78 0,41 —
5 — 0,9 1,2 1,11 0,9 0,49 0,2
10 1,113 0,9 | 1,2 — — — —
.15 1,169 В покое ' 1,14 — — — —
15 — 0,9 1,11 — — — —
20 1,223 0,9 1,07 — — — —
50 1,529 0,9 1,05 — — — —
Раствор хлористого кальция (в %) 5 1,042 В покое 1,06
10 1,085 То же 11,17 — — — —
20 .1,179 1,06 — — — —-
Вода — я il,0 0,72 0,44 0,18 0,07
Вода — 0,9 1,01 0,73 0,460,19,0,08 1 1 1 1 1
закалки была меньше фактической скорости охлаждения изделия в сердцевине. В ином случае изделие прокаливается только на определенную глубину. Критическая скорость закалки связана с устойчивостью переохлажденного . аустенита. Чем правее расположена кривая начала распада на диаграмме изотермического превращения аустенита, тем 508
Таблица 106
Интенсивность охлаждения в различных закалочных средах [13]
Движение среды или изделия * и | Масло Вода Соленая вода
Без движения 0,02 1 0,25-0,30 0,9-1,0 1 2
Слабое движение —— 0,30-0,35 1,0—1,1 2,0-
2,2
Движение средней
интенсивности — 0,35-0,40 1,2-1,3 —
Энергичное движе- 1,4—1,5^ । —
ние — 0,4-0,5
Сильное движение — 0,5-0,8 1,6-2,0, —.
Бурное движение — 0,8-1,1 4 5
Примечание. Большее число соответствует более интенсивному охлаждению.
Таблица 107
Закалочные среды, применяемые для ступенчатой и изотермической закалки [13]
Состав смеси Температура плавления в °C Температура применения в °C
Наименование Химическая формула % по весу
Едкий натр Едкое кали NaOH КОН 20 80 130 150-500
Едкий натр Едкое кали NaOH КОН 35 65 155 180—500
Селитра калиевая Селитра натриевая KNO3 NaNO3 55 45 218 230-260
Селитра натриевая Нитрит натрия NaNO3 NaNOo 1 55 45 221 230-550
14 Справочник
209
Продолжение таблицы 107
Состав Смеси Температура плавления в °C Температура применения в °C
Наименование Химическая формула %'ПО весу
Нитрит натрия NaNO, 45 137 160-550
Селитра калиевая KNO3 55
Примечание. Селитра при перегреве свыше 500—600° разлагается и вступает в химическое соединение с железом и чугуном, что может вызвать взрыв.
Таблица 108
Зависимость твердости полумартенситной зоны от состава стали HRc
Содержание углерода в^% Твердость полумартенситной зоны
Углеродистая сталь Легированная Т*. сталь
0,08-0,17 25
0,18-0,22 25 30
0,23—0,27 30 35
0,28-0,32 35 40
0,33-0,42 40 45
0,43-0,52 45 50
0,53-0,62 50 55
критическая скорость закалки меньше, а прокаливаемость больше. Поэтому все факторы, способствующие снижению скорости аустенитноперлитного превращения, приводят к повышению прокаливаемости. Под глубиной закалки (прокаливаемости) понимают расстояние от поверхности до слоя с полумартенситной структурой — 50% мартенсита + + 50% троостита. При содержании троостита до 50% твердость и другие свойства закаленной стали мало изменяются по сравнению со свойствами закаленной стали, в структуре
210
которой 100% мартенсита. Твердость полумартенситной зоны зависит прежде всего от содержания углерода (табл. 108).
Рис. 26. Прокаливаемость углеродистой стали 40, закалка с 830°; влияние сечения и охлаждающей среды [5]: а — закалка в воде; б —закалка в масле.
Для определения прокаливаемости применяют различные методы.
Измерение распределения твердости по сечению. В этом случае производится измерение твердости по сечению закаленных брусков. Бруски должны иметь достаточную длину, чтобы можно было не считаться с влиянием охлаждения 14* 211
со стороны торцов (обычно I: d = 44-6). Из середины бруска вырезают диск (темплет) и измеряют твердость по сечению. Затем строят кривые, показывающие изменение твердости по сечению (рис. 26) для данного охладителя. Затем по оси ординат на уровне полумартенситной зоны проводят
горизонталь, которая пересекает S-образные кривые распределения твердости. Проекция точки пересечения на горизонтальную ось укажет глубину проникновения закалки.
Для оценки прокаливаемости берут отно-
Dn
шение где Dn —
Рис. 27. Установка для торцовой закалки:
1 ~ бачок; 2 — уравнительная трубка; 3 — сопло; 4 — установочная шайба; 5 — образец для торцовой закалки; 6 — рабочий кран; 7 — кран подвода воды; 8 — стол прибора; 9 — установочный винт; 10 — кронштейн.
диаметр незакалившего-ся сердечника, a D— диаметр изделия.
Этот способ применяется для слабо прокаливающихся сталей.
Метод торцовой закалки (ГОСТ 5657—51). Цилиндрические образцы нагреваются до заданной температуры и затем закаливаются с торцов в воде на специальной
установке. При охлаждении нижний торец охлаждается с максимальной скоростью, и скорость охлаждения уменьшается по мере удаления от торца. Далее, строят график, по-
казывающий изменение твердости по длине образца, закаленного с торца. На график можно одновременно нанести скорость охлаждения, которая убывает по мере удаления от торца. Задавшись твердостью полумартенситной зоны, можно определить глубину закалки, а также скорость охлаждения в любой точке изделия во время закалки.
212
Этот способ наиболее широко применяется для углеродистых и среднелегированных сталей.
Ограниченное распространение имеют способы определения прокаливаемости по излому закаленных образцов (применяется для инструментальных сталей по ГОСТ 1435—54) и по номограммам. Прокаливаемость одних и тех же марок сталей колеблется в зависимости от величины зерна и содержания элементов по верхнему или нижнему пределу, поэтому лучше ее определяют не по кривым, а по полосам прокаливаемости, построенным по минимальным и максимальным значениям.
ОТПУСК
Отпуск производится в основном для снятия напряжений, повышения вязкости, снижения твердости, улучшения обрабатываемости резанием. Происходящие при этом структурные превращения рассмотрены выше.
Классификация и назначение различных видов отпуска даны в табл. 103.
ОТЖИГ И НОРМАЛИЗАЦИЯ
Отжигом называется нагрев стали до заданной температуры, выдержка при ней и последующее медленное охлаждение. В результате отжига получается равновесное или приближенное к нему состояние.
По А. А. Бючвару, различают: 1) отжиг 1-го рода, или рекристаллизационный, применяемый для холоднодефор-мированного металла. При этом отжиге происходит рекристаллизация. Фазовые превращения отсутствуют; 2) отжиг 2-го рода, заключающийся в нагреве выше нижних или верхних критических точек, что сопровождается фазовой перекристаллизацией.
Различные виды отжига можно классифицировать в зависимости от температуры, условий нагрева и охлаждения (см. табл. 103).
Нормализацией называется нагрев стали выше критической точки (обычно верхней) на 30—50°, выдержка^ при этой температуре и последующее охлаждение в спокойном воздухе.
В ряде случаев нормализацией, как более производи
213
тельной операцией, заменяется полный отжиг малоуглеродистых, а иногда и среднеуглеродистых сталей. Нормализация высоколегированных сталей может заменить собой закалку. Нормализация с охлаждением в струе воздуха дает свойства (для углеродистых сталей), средние между отожженным и закаленным состоянием. Такая обработка называется одинарной.
ОБРАБОТКА ХОЛОДОМ
Обработка холодом, иногда именуемая низкотемпературной, заключается в охлаждении ниже нуля предвари* тельно закаленной стали. Как известно, превращение аустенита в мартенсит при охлаждении начинается в точке Мн, называемой температурой начала мартенситного превращения, и заканчивается в точке Мк , называемой температурой конца мартенситного превращения. У многих сталей (углеродистых при содержании углерода более 0,6% и легированных при меньшем проценте) точка Мк лежит ниже нуля. Поэтому охлаждение закаленной стали, структура которой состоит из мартенсита и остаточного аустенита, вызывает возобновление мартенситного превращения. Стали, в структуре которых после закалки нет остаточного аустенита, бесполезно обрабатывать холодом. Температура, до которой сталь должна охлаждаться ниже нуля, определяется положением мартенситных точек. Ниже точки Мк охлаждение не дает эффекта. Важно также значение точки Мн , так как установлено: чем ниже точка Мн , тем больше эффект от обработки холодом, что не зависит от состава стали. Для большинства сталей точки Мн и Мк определены. Следует указать, что аустенит, находящийся в закаленной стали, склонен к стабилизации. Поэтому после закалки следует сразу применять обработку холодом. По данным А. П. Гуляева, для сталей, содержащих в закаленном состоянии около 90% мартенсита, твердость близка к максимальному значению. Обработка холодом должна производиться не более чем через 0,5 часа после закалки. При большом количестве остаточного аустенита (после закалки) обработку холодом можно проводить и через 1—2 часа после закалки. Перед обработкой холодом нельзя производить отпуск закаленной стали, так как это приводит к сильной стабилизации остаточного аустенита, и охлаждение ниже нуля обычно не приводит к дополнительному образованию мартенсита.
214
Таблица 109
Основные дефекты, могущие возникнуть при термической обработке стали, и методы борьбы с ними [8]
Наименование и характеристика дефекта Причины возникновения Меры предупреждения или исправления дефекта
Перегрев—крупное зерно в микроструктуре и изломе, видманштеттова структура в отожженной стали, крупноигольчатый мартенсит в закаленной стали. Пониженные пластичность и особенно ударная вязкость Пережог—наличие по границам зерен: 1) обогащенных углеродом участков—первая стадия пережога; 2) неокислен-•ных пустот и пузырей — вторая •стадия; 3) включений окислов железа-третья стадия пережога Камневидный излом. Низкие пластические с войства Длительный нагрев при температурах, значительно превышающих нормальную Длительный нагрев при высокой температуре в окислительной атмосфере или нагрев при температуре, близкой к температуре начала плавления Исправление дефекта: 1) при небольшом перегреве — нормальный отжиг или нормализация; 2) при сильном перегреве — повторный двукратный отжиг или нормализация; первый отжиг или нормализация при температуре Дс3+ 100-j-150°C, второй при нормальной температуре 1) При первой стадии лпережога — гомогенизация с последующим двойным отжигом (см. .Перегрев"); 2) при второй стадии—перековка с последующим отжигом; 3) при третьей стадии — неисправимый дефект;
215
Продолжение таблицы. 109
Наименование и характеристика дефекта
Причины возникновения
Меры предупреждения или исправления дефекта
Высокая твердость горячеде-формированной отожженной стали
Черный излом— включение свободного графита (углерода отжига) в углеродистой стали
Окисление. Значительный слой окалины на поверхности стали (изделия)
Повышенная скорость охлаждения при обычном отжиге или недостаточная выдержка или низкая температура выдержки на температуре распада при изотермическом отжиге
Слишком длительный нагрев и очень медленное охлаждение при отжиге
Окислительная атмосфера в печи
Повторный отжиг с охлаждением по заданному режиму
Нагрев стали до высокой температуры с одновременной проковкой ее
Предупреждение дефекта:
1) нагрев в печах с восстановительной, нейтральной или защитной атмосферой;
2) нагрев в ящиках с отработанным карбюризатором или чугунной стружкой;
3) нагрев в соляных ваннах
216
Продолжение таблицы 109
Наименование и характеристика дефекта Причины возникновения Меры предупреждения или исправления дефекта
Коробление(по- 1) Объемные Предупреждение
водка) — несим- изменения при дефекта:
метричная дефор- охлаждении (на- 1) предваритель-
мация изделия греве); ный отжиг, норма-
после закалки 2) неравномерное нагревание (охлаждение) изделий; 3) наличие напряжений в* изделии перед нагревом; 4) косое погружение изделия в закалочную ванну лизация или высокий отпуск; 2) равномерный нагрев перед закалкой; 3) возможно более равномерный отвод тепла при закалке; 4) правильное погружение изделия в закалочную ванну; 5) применение специальных закалочных прессов Исправление дефекта: правка, шлифование при наличии достаточного припуска
Недостаточная 1) Пониженная Исправление де-
твердость после температура за- фекта: нормализа-
закалки калки; i 2) недостаточная выдержка при температуре закалки; 3) малая скорость охлаждения ция цли отжиг с последующей закалкой с соблюдением нормального режима
217
Продолжение таблицы 109
Н аименование и характеристика дефекта Причины возникновения Меры предупреждения или исправления дефекта
Мягкие пятна— 1) Скопление Предупреждение
наличие на по- пара (образова- дефекта:
верхности зака- ние паровых меш- 1) применение
ленных деталей ков) на поверх- более резкого ох-
участков с пони- ности охлаждае- ладителя (напри-
женной твердо- мых изделий, за- мер, 10^-ного рас-
стью медляющего охлаждение на данном участке; 2) йесТное обезуглероживание; 3) пониженная чувствительность стали к закалке; 4) неоднородность исходной структуры в связи с первичной кристаллизацией твораЛтаС1 в воде); 2) предварительный отжиг или нормализация для получения более однородной структуры стали; 3) предохранение изделия от обезуглероживания при нагреве Исправление дефекта: нормализация и закалка с повышенной скоростью охлаждения
Повышенная Пониженная Исправление де-
твердость после температура или фекта: вторичный
отпуска недостаточная выдержка отпуск при нормальном режиме
Пониженная Отпуск при тем- Отжиг с после-
твердость после пературах выше дующей закалкой
отпуска нормальной и отпуском при нормальной темпе-» ратуре
218
Продолжение таблицы 109
Наименование | и характеристика ; дефекта | Причины возникновения Меры предупреждения или исправления дефекта
1 Обезуглероживание-выгорание углерода в поверхностных слоях изделия. Пониженная твердость после закалки, пониженный предел выносливости Закалочные трещины обычно возникают по границам зерна и имеют зигзагообразный вид, могут быть как наружными, так и внутренними. Форма трещин различная: продольные, ду-I ообразные и т. л. Окислительная атмосфера в печи 1) Внутренние напряжения вследствие объемных изменений при низких температурах, вызванных мартенситным превращением; 2) неодновре-менность протекания мартенситного превращения по объему изделия; 3) небольшое сопротивление отрыву Предупреждение дефекта: 1) нагрев в печах с восстановительной, нейтральной или защитной атмосферой; 2) нагрев в ящиках с отработанным карбюризатором или чугунной стружкой; 3) нагрев в соляных ваннах. Исправление дефекта: удаление обезуглероженного слоя механической обработкой при наличии достаточного припуска Дефект неисправим. Предупреждение: 1) при конструировании изделия следует избегать резких выступов, заостренных углов, резких переходов от толстых сечений к тонким; 2) детали должны поступать в закалку свободными от напряжений, напряжения должны быть сняты пред-
219
Продолжение таблицы 109
Наименование и характеристика дефекта Причины возникновения Меры предупреждения или исправления дефекта
Деформация при закалке, изменение объема (размеров) после закалки Увеличение объема стали в результате мартенситного превращения. Чем больше прокаливаемость стали, тем больше деформация i варительным отжигом; 3) минимальная температура нагрева под закалку; 4) медленное охлаждение в мартенситном интервале температур (прерывистая закалка, закалка в масле, ступенчатая закалка и т. д.); 5) изотермиче-| ская закалка конструкционных сталей; 6) проведение отпуска немедленно после закалки 1. Применение легированных сталей, мало деформирующихся при закалке 2. Медленное охлаждение в мартенситном интер вале температур 3. Применение поверхностной закалки стали, где это допустимо
220
Продолжение таблицы 109
Наименование и характеристика дефекта
Причины возникновения
Меры предупреждения или исправления дефекта
Эрозия—уменьшение размеров изделий или искажение профиля их вследствие уноса металла с поверхности
Разъедание—точечное или ручье-образное поражение поверхности изделия
Химическое воздействие хлористых солей и окисление металла при нагреве в соляных ваннах
При нагреве в соляных ваннах:
1) повышенное содержание сернокислых солей (более 0,7—0,8);
2) обогащение ванны кислородом и окислами железа
При нагреве в пламенных печах неравномерное образование окалины
Меры предупреждения: раскисление соляных ванн ферросилицием
Предупреждение дефекта:
1) тщательный контроль солей;
2) раскисление ванны;
3) при нагреве в пламенных печах — устранение окислительной атмосферы
221
В промышленности обработку холодом применяют в следующих случаях:
при обработке быстрорежущей стали для сокращения Продолжительности цикла термообработки и повышения режущих свойств;
взамен отпуска для разложения остаточного аустенита в сталях типа Х12 (многократным отпуском можно разложить остаточный аустенит, ио это может привести к распаду первичного мартенсита);
для повышения твердости, износоустойчивости и усталостной прочности цементированных деталей, имеющих в структуре остаточный аустенит (особенно для средне- и высоколегированных сталей);
для восстановления размеров изношенных измерительных инструментов за счет увеличения объема при превращении остаточного аустенита в мартенсит;
для стабилизации размеров Точных изделий (калибров, шарикоподшипников и др.);
для повышения магнитных свойств постоянных магнитов из мартенситных сталей.
Для обработки холодом применяются жидкие азот, воздух, кислород, твердая двуокись углерода и т. д. Следует помнить об опасности работы с жидким воздухом и кислородом, дающими взрывоопасную смесь с маслами и другими горючими веществами. Используют также специальные холодильные установки для обработки.
Описание дефектов, возникающих при термообработке стали, дано в табл. (109.
ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА
При поверхностной закалке происходит закаливание на некоторую глубину поверхностных слоев изделия с сохранением незакаленной сердцевины.
Известно, что многие детали машин испытывают наибольшие напряжения в поверхностных слоях. Поэтому задача поверхностного упрочнения, а также повышения износоустойчивости является весьма важной. Особенно важно поверхностное упрочнение, если детали машин испытывают напряжения кручения и сжатия. Дело в том, что эти напряжения максимальны в поверхностных слоях и постепенно уменьшаются к середине сечения.
Поверхностное упрочнение решается различными методами, в том числе и поверхностной закалкой. Принципиально поверхностная закалка может быть проведена:
222
путем сквозного прогрева и несквозной закалки (аустенит в поверхностных слоях переохлаждается до мартенситной точки, а в сердцевине из-за меньшей скорости охлаждения происходит аустенитноперлитное превращение);
путем поверхностного нагрева выше критических точек с последующей закалкой. Поскольку такому нагреву подвергались только поверхностные слои, то они только и принимают закалку, тогда как ненагретая (или нагретая ниже критических точек) сердцевина остается незакаленной.
В машиностроении в настоящее время применяются способы поверхностной закалки, основанные на поверхностном нагреве. По условиям возникновения тепла в поверхностных слоях изделий следует различать:
нагрев внешним источником тепла (в расплавленном перегретом свинце, газовом пламени, в электролите);
нагрев внутренним источником тепла (контактный и индукционный).
В настоящее время в промышленности в основном применяются два способа поверхностной закалки: 1) газопламенная и 2) высокочастотная (индукционная).
Газопламенная поверхностная закалка. Поверхностный нагрев по этому методу производится при помощи горелки, работающей на кислородно-ацетиленовой или другой газовой смеси, дающей при горении высокую температуру. Существуют различные способы пламенной закалки — одновременная закалка (стационарная и вращательная), непрерывная закалка (поступательная и комбинированная). Данные о способах закалки приведены на схеме (рис. 28) и в табл. 110. В основном в качестве горючего применяется ацетилен, а в последнее время и керосин, который имеет ряд преимуществ перед ацетиленом: керосин недефицитен, невзрывоопасен, имеет меньшую стоимость, при нем не надо иметь генераторы, наконец, он дает меньшую температуру (2400° вместо 3150° у ацетилена), что уменьшает опасность перегрева закаливаемой поверхности. Но керосин требует расхода кислорода в 1,8 раза больше, чем ацетилен (табл. 111).
Для обеспечения высококачественной пламенной закалки требуется [11] постоянство и контроль трех основных технологических факторов:
продолжительности нагрева (легко регулируется при наличии закалочного станка);
расхода кислорода (обеспечивается стандартным кислородным редуктором и манометром);
расхода горючего (регулируется при давлении более
223
1 кг]см2, что вызывает необходимость пользоваться газом из баллонов или из генераторов высокого давления).
Закалочные наконечники бывают двух типов: щелевые, имеющие одно отверстие; многопламенные, имеющие один или несколько рядов просверленных отверстий круглого сечения.
Щелевые наконечники обеспечивают равномерный нагрев, хорошо прочищаются, и размер щели регулируется.
Рис. 28. Принципиальная схема кислородно-ацетиленовой закалочной установки (Л. И. Готлиб):
1 — ацетиленовый генератор; 2 — ацетиленовый трубопровод; 3 — постовой предохранительный водяной затвор; 4 — ацетиленовый манометр; 5 — газовый рубильник; 6 — кислородная рампа; 7 — рамповый кислородный редуктор; 8 — кислородный трубопровод; 9 — постовой кислородный редуктор; 10 — кислородный манометр; 11 — горелка; /2 — закалочный наконечник; 13 — пробковый кран; 14 — закалочный станок.
Их недостаток—малая устойчивость против обратных ударов при использовании кислородно-ацетиленового пламени. Щелевые (наконечники начали применять при кислороднокеросиновом пламени. В производстве закалочные станки создают на базе обычных металлообрабатывающих станков.
По данным Л. И. Готлиба [11], параметрами операции поверхностного нагрева являются: 1) число и размеры рабочих отверстий закалочного наконечника; 2) диаметр дозирующего отверстия для кислорода; 3) диаметр дозирующего отверстия для горючего (для керосина число дозирующих отверстий сечением по 0,1 лш2); 4) рабочее давление кислорода; 5) рабочее давление горючего; 6) скорость 224
15 Справочник
Таблица 110
Способы пламенной закалки (Л. И. Готлиб)
Наименование способа Описание способа Характер закаливаемых объектов
Стационар- Часть поверхности закаливаемой детали на- Детали, имеющие
ный гревается в течение определенного времени пламенем неподвижной горелки, а затем охлаждается небольшую поверх- ность участка, подлежащего закалке (зубья звездочек, стыки рельсов, концы клапанов и т. п.)
Вращатель- Поверхность быстро вращающейся детали Детали цилиндри-
ный нагревается в течение определенного времени пламенем неподвижной горелки (одной или нескольких), а затем охлаждается Горелка движется прямолинейно вдоль поверхности неподвижной детали ческой формы, имеющие диаметр до 200 мм и длину до 300 мм । (шейки коленчатых валов, цапфы валов и осей, шестерни с модулем менее 5 и т. п.) Детали, в которых закаливаются прямолинейные поверхности длиной более 300 мм (направляющие ста-
Продолжение таблицы 110
Наименование способа Описание способа 1 1 Характер закаливаемых объектов
нин токарных станков, зубчатые колеса, „ ножи и т. п.)
Горелка движется криволинейно -вдоль поверхности непод- вижной детали Детали, имеющие криволинейную закаливаемую поверхность (например, направ- ляющие конвейеров)
Поступательный Вдоль поверхности неподвижной детали перемещаются с определенной скоростью горелка и охлаждающее приспособление; в некоторых случаях деталь перемещается относительно неподвижных горелки и охлаждающего приспособления Горелка движется криволинейно вдоль поверхности ряда неподвижно установленных одинаковых деталей Детали, имеющие небольшую поверхность, подлежащую закалке (наковальни, губки ключей и т. п.)
СЛ
П родолжение таблицы ПО
Наименование способа Описание способа Характер закаливаемых объектов
Горелка установлена неподвижно, а деталь движется прямолинейно около нее Горелка установлена неподвижно, а деталь медленно вращается так, что вся поверхность, подлежащая закалке, последовательно попадает в зону действия пламени * 1 Детали с большой плоской закаливаемой поверхностью (например, бронеплиты) Детали цилиндрической формы диаметром более 200 мм и длиной до 300 мм (бандажи, эксцентрики, опорные кольца и т. п.)
Горелка движется прямолинейно, а деталь вращается: создается нагрев по спирали ** Детали, имеющие спиральную, а также цилиндрическую форму при длине более 300 мм (червяки, вин-
месте, где заканчивается закалка, получается мягкая полоска отпущен-
ьэ
* В том ной стали.
* * В месте стыка соседних витков спирали получается мягкая полоска отпущенной стали.
Продолжение таблицы ПО
Наименование способа Описание способа Характер закаливаемых объектов
Комбинированный • Вдоль поверхности быстро вращающейся детали перемещается с определенной скоростью горелка (одна или несколько) и охлаждающее приспособление ты, косозубые шестерни, валы, шпиндели и т. п.) Детали цилиндрической формы при длине более 300 мм (валы, шпиндели, штоки молотов, плунжеры насосов, прокатные валки и т. п.)
Таблица 111
Горючее, применяемое для пламенной закалки [5]
Горючее Температура пламени в °C С—отношение кислород— горючее Коэффициент замены К — относительный расход при одинаковой мощности пламени
Горючее Кислород
Ацетилен 3150 1,15* 1 1
Керосин 2300 2,0** 1 *** 1,8
Коксовый газ 2000 0,9 3,2 2,5
Природный „ 2000 1,5 1,6 2,1
Городской „ 1900 1,3 2,3 2,6
Нефтяной 2300 2,0 1,2 2,1
Пропан—бутан 2050 3,5 0,6 1,8
ПирОЛИЗНЫЙ ГдЗ 2300 । 1**** 1,3 1,25
движения горелки при непрерывных способах закалки или продолжительность нагрева при одновременных способах нагрева.
Пламенная поверхностная закалка применяется особенно успешно для крупногабаритных деталей, для которых высокочастотная закалка затруднительна, а также в некоторых других случаях. Особенно она необходима для получения поверхностной закалки на глубину 5—10 AtAt. При меньшей глубине приходится сильно повышать скорость нагрева за счет большего подвода тепла, что может привести к значительному перегреву. При большей глубине слоя производительность сильно падает. Следует сказать, что поверхность изделий нагревается значительно выше верхней критической точки, и поэтому даже при хорошо разработанной технологии не удается избежать перегрева. Точность в получении заданной глубины слоя при использовании указанного метода довольно небольшая. В связи
* Оптимальное соотношение кислород — ацетилен при пламенной закалке равно 1,4—1,5; однако на практике обычно поддерживают соотношение 1,15—1,25, при котором пламя имеет характерный внешний вид, позволяющий контролировать процесс при отсутствии надлежащей аппаратуры.
** В м21кг.
*** В кг!м3.
По данным УЗТМ.
229
с указанными недостатками для ответственных деталей газопламенная закалка не нашла применения.
Высокочастотная (индукционная) поверхностная закалка. Для поверхностного нагрева весьма эффективно применяют (переменные токи высокой частоты (до миллиона периодов в секунду). Токи эти отличаются рядом особен' ностей, которые можно использовать в целях скоростного поверхностного нагрева.
Если по проводнику пропустить постоянный ток, то он распределится (в смысле плотности) равномерно по всему сечению проводника. Совсем иные результаты получаются при пропускании переменного тока даже невысокой частоты по проводнику большого сечения или тока повышенной частоты по проводнику малого сечения. В этом случае ток проходит только как бы по поверхности проводника, при этом внутренние части не используются, так как плотность тока’ здесь близка к нулю.
Это явление — поверхностный эффект — объясняется следующим образом. Когда мы пропускаем переменный ток, вокруг проводника образуется переменное магнитное поте. Во время своего изменения оно пересекает проводник и индуктирует в нем электродвижущую силу, которая направлена навстречу основной электродвижущей силе и препятствует прохождению тока по проводнику. Индуктированная электродвижущая сила, так называемая противо-электродвижущая сила, будет иметь наибольшую величину или индуктивное сопротивление в центре проводника, где он пересекается полным магнитным потоком. В результате ток будет стремиться пройти по поверхности проводника, где встретит наименьшее сопротивление.
Глубина проникновения тока обратно пропорциональна частоте и зависит также от удельного сопротивления и магнитной проницаемости проводника при данной температуре и выражается следующей формулой:
6 = 51301/’ —
г
где Ь — глубина проникновения тока в см, р — удельное электросопротивление в ом. см, ц — магнитная проницаемость в гс/э, f — частота в пер/сек.
В тех случаях, когда имеется налицо не один, а несколько токонесущих проводников, следует учитывать поле., созданное соседним проводником.
230
Таблица 112
Основные закономерности режима поверхностной закалки при электронагреве ТВЧ [14]
Параметр Уравнение (формула) Обозначение и размерность
Глубина проникновения тока в металл в мм />=5,03-10» ]/"-L т v-f р-удельное электросопротивление; RS ?= Т’ если R—в омах, S- в мм2 И /—в м, ом-мм2 р1 М ' если R—в микроомах (10-6 ом), S—в си2, /—в см; микроом- см2 р или [ см микросм-см Л ом • мм2
То же для эвтектоидной стали при 20° и 1000° 20 Р20°* ут 600 Лооо° ~ у-?-
То же для краснойТме-ди при*20’ и 1000° 67 р20°л /7 _230_ Р1000° ~ у—
Частота тока в гц для деталей сложной конфигурации 5-Ю5 г2 100 = м микроом-см2 см Р/ = Ро0 +а/0 = Ро + Ро7^ _ Р^~~Ро 1 ^Р z Ро/ Р
23J
Продолжение таблицы 112
Параметр Уравнение (формула) Обозначение и размерность
То же для деталей простой конфигурации 5-10* о2 Для доэвтектоидной стали отожженной: Р2о° = 10,5’4- 3.0С + 4~ 3,0С2микроом • ем; закаленной с 850э Р20° = 10,3 4-1,6С + 4-23,6С2 микроом-см; для многих марок стали пргГнагреве до 900° р = 1204-130 микроом-см; Ъ — глубина закаленного слоя в мм Таблица ИЗ
То же для шестерен с модулем М при равномерном нагреве 2- 1QG f~ М2
Рекомендуемые частоты для индукционного нагрева под закалку на заданную глубину [56]
Глубина закаленного слоя в мм 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 6,0 10,0
Наивысшая частота тока в гц 250000 100000 60000 30000 15000 8000 2500
Наинизшая частота тока в гц 15000 7000 4000 1500 1000 500 150
Оптимальная частота тока в гц 60000 25000 15000 700 4000 1500 500
Генераторы, рекомендуемые к использованию Ламповый Ламповый или машинный 8000-10000 i Ламповый или машинный 8000 — 10000 М 8000-10000 а ш и н 2500 гц 1 н ы й 12500- 1000 гц [ 500 гц
гц 1 гц гц
232
Практически провод всегда изгибается в кольцо (индуктор), что приводит к нарушению в равномерности распределения магнитных силовых линий. Они уплотняются внутри витка и веерообразно расходятся снаружи. В результате на внутренней поверхности провода витка плотность тока окажется большей. Таким образом, ток высокой частоты будет проходить по внутренней части витка, вблизи нагреваемого изделия. Это явление называется кольце-в ы м. или катушечным, эффектом.
Приближенно можно считать, что любое устройство для индукционного нагрева представляет собой трансформатор. Медная спираль трансформатора, через которую -пропускают ток, является первичной обмоткой. Тело, поверхность которого нагревается под закалку,— вторичная обмотка трансформатора. При включении тока высокой частоты в первичную обмотку трансформатора на поверхности тела индуктируются вихревые токи на глубину проникновения. Часть индуктированной мощности затрачивается на гистерезис. Вся индуктируемая мощность в детали превращается в тепло, которое сосредоточивается на поверхности изделия.
Существует два способа нагрева:
1. Нагрев по теплоемкости, когда тепло выделяется во всем нагреваемом слое. При этом время нагрева настолько мало, что теплообменом между нагретым и нижележащим слоем можно пренебречь.
2. Нагрев по теплопроводности, когда толщина слоя, выделяющего тепло, значительно меньше толщины слоя, который должен быть нагрет до температуры закалки.
В зависимости от частоты тока, температуры и времени тот или иной вид нагрева играет превалирующую роль. Ппи относительно низких частотах, а значит, при значительной глубине проникновения тока идет в основном нагрев по теплоемкости. При необходимости получить больший закаленный слой и при наличии тока со значительной частотой, а значит, с-малой глубиной (Проникновения приходится вести нагрев по теплопроводности.
Процесс нагрева осуществляется следующими методами.
Одновременный нагрев с последующим резким охлаждением. В этом случае нагреву и охлаждению подвергается вся поверхность, подлежащая упрочению. Этот способ применяется главным образом для закалки плоских деталей (дисковых фрез, плоских шестерен и т. п.). Генерато-233
ры в этом случае должны обладать значительной мощностью (рис. 29).
Последовательный нагрев и закалка, то есть такой способ, когда поочередно нагреваются, а затем закаливаются только отдельные участки. При этом во многих случаях не
Рис. 29. Общий вид закалочного узла при единовременной высокочастотной закалке (И. Н. Кидин).
обеспечивается высокое качество: возможен излишний отпуск на границе соседних участков.
Непрерывно-последовательный нагрев и закалка. В этом случае одновременному нагреву подвергается лишь небольшой участок изделий, плавно перемещаемый относительно индуктора в зону охлаждения. Этот способ позволяет при 234
генераторе сравнительно небольшой мощности равномерно закаливать детали с развитой поверхностью (рис. 30).
Наконец, в последнее время для деталей сложной конфигурации или отверстий малого размера применяют не
посредственное включение детали в индуктор.
Высокочастотная закалка требует знаний особенности
совершающихся фазовых превращений и основных термических параметров индукционного нагрева.
Специфика высокочастотного нагрева состоит в следующем. В отличие от всех других видов при высокочастотном нагреве тепло генерируется в самом теле, а не подводится извне, через поверхность тела, путем лучеиспускания, конвенции, теплопроводности. Этим и объясняется возможность передачи нагреваемому телу во много раз больше тепловой энергии, чем при нагреве в печах или соляных ваннах.
По исследованиям, проведенным И. Н. Кидиным, фазовые превращения про
Рис. 30. Схема непрерывнопоследовательной закалки (И. Н. Кидин): 1 — индуктор; 2 — спрейер.
текают практически одновременно во всем слое, соответствующем «горячей» глубине (нагревание выше точки Кюри) проникновения
тока, то есть практически
между точкой Кюри и температурой закалки, когда глуби
на проникновения в основном зависит от частоты пропускаемого тока. Благодаря одновременному протеканию фазовых превращений уменьшается опасность перегрева и во
всем закаленном слое создается одинаковая структура — одинаковые механические и физические свойства металла.
Главные достоинства высокочастотной закалки: резкое
повышение производительности при нагреве, что связано с физическими особенностями индукционного высокочастот-
235
ного нагрева; возможность получения высоких механических свойств в поверхностном слое, в особенности повышенного сопротивления усталостным напряжениям, а также износоустойчивости; уменьшение деформации и коробления при закалке; минимальное окисление и отсутствие, обезуглероживания; хорошая регулировка глубины и распределения закаленного слоя; большие возможности для механизации и автоматизации производственного процесса; хорошие санитарно-гигиенические условия для рабочих.
Стали, применяемые для деталей, проходящих высокочастотную термическую обработку, обычно содержат 0,4-40,5% углерода. Высокое содержание углерода обеспечивает высокую твердость и износоустойчивость, но хрупкость значительна.
Снижение содержания углерода (с 0,4—0,5% до 0,3—0,4%) применяют для уменьшения хрупкости и склонности к образованию трещин, однако при этом твердость к износоустойчивость получаются более низкие. Легированные стали применяются ограниченно и главным образом для деталей с большими размерами и при особо высоких требованиях по механическим свойствам сердцевины или изделия в целом. При использовании легированной стали можно несколько снизить содержание углерода, обеспечивающего получение данного уровня твердости, и благодаря этому повысить вязкость. Кроме того, применение легированной стали дает большую глубину закаленного слоя. В большинстве своем детали изготовляются из сталей 40 п 45. Например, в автомобилестроении из стали 40 изготовляют карданный вал, муфты, шайбы, обод (маховика, а из стали 45 — коленчатые и кулачковые валы, оси, пальцы, стержни, вилки, штоки и многие другие детали; из стали 35 — детали, требующие повышенной вязкости: толкатели, клапаны, вилки включения, сцепления и др. Из легированных в автостроении используют сталь 40Х для изготовления промежуточных и пазовых валов, труб, полуосей, пальцев, болтов, толкателя, штоков; сталь ЗОХ — для изготовления вала сошки, вилки скользящей; сталь 40ХНМА — для производства фланца кардана и выпускных клапанов. Стали с повышенным содержанием марганца (35Г, 40Г, 45Г2, 50Г) применяются в тракторостроении и сельскохозяйственном машиностроении.
Для цементации с нагревом токами высокой частоты применяются стали 18ХГТ и ЗОХГТ, которые обладают малой склонностью к росту аустенитного зерна до 1000— 1100°.
236
Как и при других способах поверхностного упрочения, после высокочастотной закалки должно быть обеспечено сочетание высокой прочности (в том числе усталостной) и вязко1сти как при нормальных условиях длительной эксплуатации, так и при случайных перегрузках и ударах. Это достигается поверхностной закалкой примерно 20% всей площади поперечного сечения деталей, что соответствует глубине слоя примерно 10% от радиуса. Относительно большие глубины закалки (до 20% от радиуса) рекомендуются для деталей с диаметром 10—20 мм, а закалка на глубину 10% от радиуса и менее — для более толстых деталей. В целях удешевления деталей и уменьшения деформации надо проводить закалку на минимально возможную глубину. Вследствие очень быстрого нагрева возникают трудности получения малых по глубине слоев из-за отсутствия условий для полного перлитноаустенитного превращения при нагреве. Поэтому применение высокочастотной закалки на глубине менее 0,5 мм не рекомендуется. При глубине слоя от 0,5 мм до 1 мм желательно перед высокочастотной закалкой провести предварительное улучшение и получить дисперсную сорбитообразную структуру Желательно, чтобы между закаленной поверхностью и незакаленной сердцевиной лежал переходный слой глубиной 25—30%, но не более 50% от глубины закаленного слоя. Превышение глубины переходного слоя вызывает увеличение деформации, значительно повышает расход электроэнергии.
Выбор способа и режима нагрева может производиться по расчетным графикам, предложенным А. Е. Слухоц-ким.
Обычно значение удельной мощности должно лежать в пределах 0,3—1,5 кет 1см2. При меньшей удельной мощности нагрев производится не только поверхности, по и сердцевины, причем процесс идет замедленно. Превышение верхнего предела приводит к получению большой скорости нагрева, что из-за неполноты структурных превращений отрицательно сказывается на качестве.
Технологическими параметрами высокочастотной за-.калки (по И. Н. Кидину), определяющими структуру закаленного слоя, являются температура закалки и скорость нагрева.
Следует помнить, что при скоростном, высокочастотном нагреве температуры фазовых превращений смещаются к более высоким температурам. Поэтому температуру нагрева, в том числе и закалки, при термической
237
обработке с нагревом токами высокой частоты следует выбирать специально, а не пользоваться соответствующими данными для обычного медленного, печного, нагрева. Большое значение имеет скорость нагрева: она велика, может меняться в широких Пределах, поэтому ее величина сильно сказывается на структуре закаленной .стали.
Положение усугубляется тем, что при максимальной температуре нагрева выдержка не производится. Следует интересоваться скоростью нагрева стали выше Л2, то есть выше точки Кюри, после перехода стали в парамагнитное состояние. Таким образом, надо учитывать интенсивность нагрева в области фазовых превращений в интервале между точкой А2 и температурой закалки. Эта скорость может быть вычислена по следующей формуле:
_ (*-0)А
V~(Bt -B^h ^сек.
где 0 —температура точки Кюри в °C;
t —температура нагрева (закалки) образца в °C;
Bq — измеренное время нагрева до точки Кюри в сек.;
Bt —измеренное время нагрева до температуры в сек.;
L —длина образца, находящаяся в движении при не-прерывногпоследовательной закалке в мм;
h — высота индуктора в мм.
Зная скорость нагрева в области фазовых превращений, можно определить время нагрева:
где у — общее время нагрева до заданной температуры в сек.;
К — отношение разности температур между заданной точкой и точкой Кюри к температурному интервалу, для прохождения которого требуется то же время, что и для нагрева от комнатнбй температуры до точки Кюри;
te—верхнее значение температурного интервала, для прохождения которого (начиная от точки Кюри) требуется то же время, что и для нагрева от (комнатной температуры до точки Кюри в °C;
V — скорость нагрева в области фазовых превращений в град/сек; значения L и h указаны выше.
238
И. Н. Кидин предложил для Выбора режима высокочастотного нагрева пользоваться структурными диаграммами, по которым можно определить преимущественные и запрещенные режимы индукционного нагрева при закалке. Координатами в этих диаграммах являются максимальная температура и скорость нагрева в районе фазовых прев-
Сксрость ногргво 9С/ср*
Рис. 31. Диаграмма преимущественных и допустимых термических режимов высокочастотной закалки стали с 0,36°С, имеющей мелкозернистую исходную структуру (И. Н. Кидин)/
ращений (выше точки Кюри). На рис. 31—33 показаны такие диаграммы, на которых видно три зоны — недогрева, правильного нагрева, перегрева. С увеличением скорости нагрева область оптимального преимущественного нагрева смещается к более высоким температурам. Указанные структурные диаграммы преимущественных и запрещенных режимов построены на основе того, что после закалки сталь обладает оптимальной структурой и свойствами.
При нагреве по преимущественным режимам сталь должна иметь меньшее зерно аустенита и большую твердость после закалки, чем после медленного нагрева. Важ-
239
пым параметром высокочастотной закалки является также и глубина закаленного слоя. Она зависит от частоты тока и времени воздействия тепла, то есть от скорости нагрева. На диаграммы преимущественных режимов в области правильных режимов наносятся дополнительные линии. В этом случае каждая полоса соответствует разной глу-
Рис. 32. То же, что на рис. 31 при крупнозернистой исходной структуре.
бине закаленной зоны. Приведенные диаграммы даны для изделий с гладкой поверхностью. В случае нагрева изделий с рифленой (поверхностью, шестерен и других деталей указанные диаграммы без поправок применяться не могут.
После высокочастотной закалки обычно производится отпуск, который подразделяется на отпуск с нагревом в печи, самоотпуск и электроотпуск. Главная цель отпуска— снятие напряжений, особенно в сердцевине, где растягивающие напряжения могут достигнуть большого значения. Твердость при повышении, температуры отпуска снижается. При самоотпуске закаленный с поверхности слой подвергается отпуску за счет тепла, сохранившегося в сердце-вине изделия. Для получения одной и той же твердости
240
температура самоотпуска должна быть выше по сравнению с температурой отпуска при печном нагреве. Для низкого отпуска после высокочастотной закалки применяется и .индукционный нагрев (электроотпуск). Установлено, что
Скорость к огре so Скорость морем
Рис. 33. Диаграммы преимущественных режимов индукционного нагрева (И. Н. Кидин):
fl— хромистая сталь, содержащая 0,42% С и 0,88% Сг;
б —хромистая сталь, содержащая 0,5% С и 1,0^% Сг;
е — хромистая сталь, содержащая 0,78% С и 1,09% Сг;
е — хромистая сталь, содержащая 1,11% С и 0,98% Сг.
Для снятия остаточных напряжений изделие необходимо прогревать на глубину большую, чем глубина закаленного слоя, поэтому скорость нагрева при электроотпуске должна быть меньше, чем при закалке. Нагрев обычно ведут со скоростью 15—20°/сек. с тем, чтобы перепад температуры в пределах закаленного слоя был не более 50°. Так же, как и при самоотпуске, при электроотпуске вследствие 16 Справочник 241
кратковременности процесса твердость снижается меньше, чем при печном отпуске. Поэтому температура при электроотпуске для получения одной твердости должна быть выше, чем при обычном отпуске.
Таблица 114
Виды брака при высокочастотной закалке [57]
Вид брака Причина
Отслаивание закаленного слоя Шелушение (сетка трещин, по которым скалываются частицы металла) Продавливание закаленного слоя Откол кромок Трещины и микротрещины Отклонение глубины и расположения закаленного слоя от заданного Большие напряжения при закалке. Отсутствие отпуска после закалки Выявляется во время шлифования. Может явиться следствием перегрева или неправильного режима шлифования Мала толщина закаленного спая Встречается при последовательной закалке. Следствие перегрева при сходе ин-. дуктора с детали при наличии острой кромки. Для предупреждения необходимо снимать фаску с кромки Перегрев при закалке, концентрация напряжений, местный отпуск ранее закаленной зоны, неправильный режим охлаждения Нарушение электрического режима и условий охлаждения
Виды брака при высокочастотной закалке и меры их предупреждения приводятся в табл. 114.
Поверхностная закалка с нагревом в электролите. Для поверхностного нагрева по этому способу, разрабо-242
ганному И. Э. Ясногородским, деталь погружается в электролит (5—10% раствор НагСО3 или К2СО3), через который пропускается постоянный ток напряжением 300 в. При этом обрабатываемая деталь является катодом, а корпус ванны — анодом. На катоде выделяется водород, образующий рубашку вокруг детали. Поскольку эта водородная рубашка обладает большим электросопротивлением, она сильно разогревается. За счет этого тепла разогревается и сама деталь. Скорость нагрева регулируется путем изменения напряжения, силы тока и времени нагрева. Плотность тока обычно составляет 3—6 а/см2. Время нагрева зависит от сечения детали и требуемой глубины и колеблется от нескольких секунд до минут. После нагрева деталь обычно закаливают прямо в электролите.
Описанный метод имеет ряд недостатков, которые очень ограничивают его применение: возможность сильного перегрева (для деталей, от которых требуется небольшой закаленный слой), большой расход электроэнергии, ограниченность типов деталей, которые можно успешно закаливать. Тем не менее на некоторых предприятиях применяют нагрев в электролите, так как установка сравнительно проста, на ней можно закаливать детали цилиндрической формы, а также отдельные участки и торцы деталей.
ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ
При химико-термической обработке происходит изменение химического состава поверхности стали. В связи с этим меняется структура поверхностного слоя и его свойства. Обычно химико-термическая обработка проводится с целью получения высокой поверхностной твердости и износоустойчивости деталей. Одновременно повышается общая прочность их за счет увеличения предела выносливости. В некоторых случаях химико-термическая обработка проводится с целью придания поверхностным слоям особых физических свойств (например, при алитировании — окалиностойкости, при силицировании — кислотоупорности а т. д.).
Любой вид химико-термической обработки происходит путем диффузии соответствующих элементов из внешней среды в сталь. Для успешной диффузии необходимо, чтобы насыщающий элемент растворялся в стали или железе. Наиболее легко это происходит при образовании твердых 16* 243
растворов внедрения, например при науглероживании, гораздо труднее — при образовании твердых растворов замещения (диффузионной металлизации).
Любой процесс химико-термической обработки состоит как бы из трех этапов.
Диссоциация. Установлено, что наибольшей активностью атомы насыщающего вещества обладают при их выделении из соответствующего химического соединения. Поэтому диссоциация таких соединений является первым условием успешного проведения химико-термической об* работки, например диссоциация аммиака при азотировании.
Адсорбция. После диссоциации должен следовать процесс адсорбции, заключающийся в растворении (захватывании) поверхностью на границе газ — металл выделившихся при диссоциации активных атомов.
Диффузия. Это третий этап, при котором адсорбированный элемент проникает внутрь на определенную глубину.
Правильное сочетание указанных трех этапов процесса приводит к получению доброкачественного слоя. Количественно процесс диффузии характеризуется так называемым коэффициентом диффузии D, который численно равен количеству вещества, прсдиффундировавшего через площадку в 1 с ж2 в течение 1 сек. при перепаде концентрации по обе стороны площадки, равному 1, и имеет размерность см2!сек.
D — выражается следующей формулой:
__0_
D == Ае RT'
где А — коэффициент, зависящий от типа кристаллической решетки и расстояния между атомами;
Q — энергия активации (кал./г-атом), то есть энергия, которая должна быть затрачена для перевода атома в кристаллической решетке из одного положения в другое;
е — основание натуральных логарифмов;
R — газовая постоянная (1,98 кал/град);
Т — абсолютная * температур^.
Из формулы видно, что коэффициент диффузии D зависит в основном от температуры и энергии активации Q, поскольку все остальные величины постоянны для данных условий. Чем выше температура, тем больше коэффи-244
циент диффузии. Наоборот, чем больше энергия активации, тем резче падает коэффициент диффузии. Например, энергия активации при образовании твердых растворов замещения велика, и поэтому коэффициент диффузии^относи-тельно мал, а отсюда — процесс насыщения идет весьма вяло.
Продолжительность процесса химико-термической обработки определяется по параболическому закону:
У = Кт, где у — толщина слоя, т — продолжительность процесса, К— постоянный коэффициент.
Структура слоя, полученного в результате химикотермической обработки, определяется по диаграмме: основной металл — насыщающий элемент (температура та, при которой идет процесс насыщения). В последние годы начали связывать процессы насыщения с дефектностью в строении кристаллов. При относительно слабой растворимости насыщающего элемента большую роль играют дефекты в кристаллическом строении границ зерен, благодаря чему проникновение диффундирующего элемента происходит легче.
Следует учитывать и то, что вследствие анизотропии кристаллов диффузия насыщающего элемента может быть различной в зависимости от рассматриваемого направления.
ЦЕМЕНТАЦИЯ
Цементация представляет собой процесс поверхностного насыщения стали углеродом. Как и большинство процессов химико-термической обработки, цементация применяется для получения у деталей высокой поверхностной твердости и износоустойчивости, повышенной усталостной прочности. После цементации сердцевина стали сохраняет определенную вязкость. Цементируют малоуглеродистые стали с получением на поверхности содержания углерода эвтектоидной или заэвтектоидной концентрации. После цементации следует закалка для получения мартенситной структуры иногда вместе с карбидами и некоторым количеством остаточного аустенита. Далее проводят отпуск для снятия напряжений. Цементация ведется при высокой температуре, когда сталь находится в аустенитном состоянии— выше точки Асз. Практически цементацию ведут в интервале 900—950°. Повышение температуры в этом ип-
245
тервале, а также выше него с точки зрения увеличения коэффициента диффузии позволяет сокращать продолжительность цементации. Однако следует помнить, что повышение температуры сказывается на увеличении размеров аустенитного зерна. Это в свою очередь усложняет термическую обработку после цементации. Наследственно мелкозернистые стали могут успешно цементироваться при довольно высоких температурах (до 1050°). Цементация обычно ведется на глубину 0,5—2,5 мм. Большая глубина назначается только в отдельных случаях, главным образом для крупногабаритных изделий.
Для цементации применяются стали с содержанием углерода до 0,2%. Для массивных деталей содержание углерода часто повышают до 0,2—0,25%. В последнее время в некоторых случаях еще больше увеличивают содержание углерода — до 0,3% и даже выше — с тем, чтобы больше упрочнить сердцевину, что позволяет уменьшить глубину наиболее прочного высокоуглеродистого поверхностного слоя. При выборе марки стали, помимо свойств поверхностного слоя, после цементации необходимо учитывать ряд других весьма важных обстоятельств — склонность к росту аустенитного зерна при нагреве) деформацию при термообработке, возможность обработки резанием и др. Для цементации используются и некоторые легированные стали. Применение их объясняется тем, что при цементации можно в этом случае получить большую прочность сердцевины и прокаливаемость, повышенную износоустойчивость, так как в поверхностном слое, кроме мартенсита, имеются еще легированные карбиды, а у ряда марок стали — меньшую склонность к росту аустенитного зерна. Однако следует учитывать, что легированные стали имеют худшую обрабатываемость резанием, чем углеродистые, и дают больше остаточного аустенита, который требуется затем дополнительно разложить обработкой холодом после закалки. В отдельных случаях применяют цементацию нержавеющих сталей марок 1X13, 3X13, 1Х17Н2 и др., штампов из сталей типа ШХ15 (0,95— 1,1% Си 1,3—1,65% Сг) для повышения износоустойчивости.
По способу ведения цементация бывает: 1) в твердом карбюризаторе, 2) газовая, 3) жидкая.
Твердая цементация осуществляется в карбюризаторе, состоящем из древесного угля (реже из полукокса или торфяного кокса) и углекислых солей (табл. 115).
Детали помещают в сварные железные или литые чугунные ящики, иногда используют ящики из дорогого, 246
Таблица 11
Состав в % наиболее часто применяемых твердых карбюризаторов * (А. Н. Минкевич)
Составляющие карбюризатор Древесноугольный березовый карбюризатор по 1 ОСТ 2407—51 Полукоксовый по ГОСТ 0535—50 Карбюризатор на основе древесного угля и кокса Карбюризатор на основе торфяного кокса Карбюризатор на основе древесного угля Карбюризатор на основе древесного угля и костяной муки
1-го сорта 2-го сорта З-го сорта состав № 1 состав № 2 состав Л4 1 состав П 2 состав М 1 состав № 2
BsCOg N32CO3 • . . . СаСО3, яе более* ** S, не более*** SiO2, не более**** 20-25 3,5 0,06 0,5 20-25 5 0,1 1,5 12-15 5 0,4 2,0 10—15 3,5 0,35 10—15 10 1 1 20-25 3,5-5,0 0,1 6-10 12-15 1-1,5 3-5 10—12 10-12 1 1 1 1 1
* При цементации применяется 20—25% свежего и 70—75% отработанного карбюризатора.
** Углекислый кальций СаСО3 добавляется в карбюризатор с целью предотвращения спекания частиц карбюризатора, мазут — с целью улучшения связи углекислых солей с углем и полукоксом, каменноугольный кокс — с целью уменьшения усадки карбюризатора.
**♦ При повышенном содержании в карбюризаторе серы гальваническое омеднение частей детали. не подлежащих цементации, становится малоэффективным. Присутствие в карбюризаторе сернистого колчедана (пирита) и сернокислых солей недопустимо, так как вызывает разъедание поверхности деталей.
**** Повышенное содержание SiO2 ведет к образованию на поверхности деталей стекловидных наплывов, под которыми отсутствует цементованный слой., ю
to oo
Составляющие карбюризатор
Древесноугольный березовый карбюризатор по ГОСТ 2407-51
1-го сорта 2-го сорта 3-го сорта
Полукоксовый по ГОСТ 5535-50
Влаги, не более 5 5 6 1 6
Летучих, не более Зернистость: 10 10 не норд шруется
^3,5 мм . 2 5 5 5
3,5—10 мм . 92 80 80 80
10—14 мм . 6 15 15 15
Древесного угля Каменноуголь- — —
ного кокса —
Торфяного кокса — —
Мазута . . — — —
Костяной муки — —
Продолжение таблицы 115
Карбюризатор на основе древесного угля и кокса Карбюризатор на осн >ве торфяного кокса Карбюризатор на основе древесного угля Карбюризатор на основе древесного угля и костяной муки
состав № 1 состав № 2 состав № 1 состав № 2 состав JNS? 1 состав ЛЬ 2
— — 5 — — — —
— — 3 — — — —
— — — — — — —
— — — — — — —
— — — —
40-65 65 — — 74—76 58—90 40
20—45 20 — — —
— — 60—70 90-94 — — —
1 - 3 — — 4,5-5 — —
60
но весьма жаростойкого сплава Х18Н6, а также алитированные ящики. Детали должны быть чистыми и сухими. Расстояние между деталями и стенкой ящика в, пределах 10-J-20 мм. В некоторых случаях для ускорения процесса цементации делают ящики по внешней форме цементуемых деталей. Карбюризатор следует слегка утрамбовать, при этом не должна нарушаться циркуляция газов. В крышке ящика делают отверстия, через которые вставляют образцы-«свидетели» из прутковой стали (жела,-тельно той же марки, что и цементуемые детали) диаметром 8—10 мм, по которым в процессе цементации контролируют глубину слоя. Крышку по месту ее стыка с ящиком-обычно обмазывают огнеупорной глиной. Несмотря на то, что цементация происходит в твердом карбюризаторе, химизм ее — газовый. Углерод (из карбюризатора) окисляется по реакции 2С + О2 —>-2СО (вследствие недостатка кислорода углерод окисляется не до СО2, а до СО). Окись углерода в контакте с железной поверхностью деталей распадается с выделением атомарного углерода (по реакции 2СО->- СО2 4- С), который поглощается
Ее^ + С-^Ее7 (С).
Роль углекислых солей заключается в интенсификации процесса цементации за счет получения дополнительного количества окиси углерода (по реакции ВаСОз—>- ВаО+-+ СО2 и СО2+С—>-2СО).
Наилучшей углекислой солью является ВаСОз, которая практически считается неистощимой. Время твердой цементации велико, что объясняется в первую очередь необходимостью прогрева самого ящика и малотеплопроводного карбюризатора. При температурах 900—930° и глубине слоя в 0,8—1,5 мм скорость цементации — 0,10— 0,15 мм/час, в ящиках средних размеров. В печах с вращающейся ретортой за счет более быстрого прогрева деталей скорость цементации составляет 0,30—0,35 мм)час при цементации на глубину 1 мм. Для оценки глубины цементированного слоя по образцам-«свидетелям» их через определенное время, приближенное к предполагаемому окончанию цементации, закаливают в воде и подвергают травлению в течение 1 мин. реактивом, состоящим из 100 см3 этилового спирта, 1 см3 соляной кислоты и 2 г хлористой меди. Нецементированная сердцевина покрывается медью. Иногда применяют нагрев образцов до появления различных цветов побежалости -в цементированном слое и в сердцевине, а также обычное микроисследование.
249
К твердой цементации следует условно отнести редко применяемую обработку пастами. В состав паст входят: голландская сажа или торфяной кокс, углекислый барий, сода, щавелево-кислый калий или натрий, соли кобальта или никеля. Все составляющие пасты в порошкообразном виде перемешиваются и разводятся в 15% растворе технической патоки или в канцелярском клее. Слой пасты толщиной в 3—4 мм наносят на поверхность детали кисточкой или погружением ее в раствор. После затвердевания пасты детали укладывают в ящики, закрывают крышками, тщательно обмазывают глиной и нагревают до 880—920э. Время процесса по сравнению с обычной твердой цементацией сокращается примерно в два раза, и создается возможность закалки непосредственно после цементационного нагрева. Ввиду меньшего времени пребывания деталей при высокой температуре, рост зерна аустенита замедляется, не требуется обработка для измельчения зерна.
Газовая цементация позволяет в значительной мере устранить недостатки, присущие твердой цементации, сократить время цементации, улучшить санитарно-гигиенические условия работы. При газовой цементации детали помещаются в специальный муфель из жароупорного сплава, который вставляется в шахтную печь или печь непрерывного действия. Иногда применяют также печи с вращающейся ретортой. Начали применяться и наиболее экономичные безмуфельные печи непрерывного действия, нагрев деталей в которых осуществляется излучающими трубками. Цементируемые детали укладываются на специальные поддоны (корзины) или завешиваются на приспособлениях, с тем чтобы между деталями было расстояние не менее 5 мм. Для мелких деталей допускается загрузка навалом. Наиболее часто для газовой цементации применяются углеродосодержащие газы. В основном это предельные углеводороды с общей формулой C/z Н2л_|_2 (метан СН4, этан С2Нб, пропан СзН8 и др.). Широко применяется природный газ, состоящий в основном из метана (92—96% СН4). В результате распада (диссоциации) метана происходит выделение активного атомарного углерода по реакции СН4->2На + + С. При этом выделившийся углерод должен хорошо поглощаться, адсорбироваться стальной поверхностью изделия, в противном случае происходит отложение на поверхности сажи, что затрудняет процесс цементации, делает его неравномерным, или он вовсе приостанавливается.
В печах непрерывного действия для предупреждения 250
выделения сажи на стенках муфеля и излучающих трубах иногда дополнительно вводят аммиак.
Применение для цементации других газов, содержащих непредельные углеводороды, например светильного газа <14—15% СО, 6-8% СО2, 9-110/; С2Н2«, 20-22% СН4 28—31% Н2, 15—18% N2), требует предварительного их крекирования — разложения при высокой температуре. Кроме газообразных, применяют и жидкие углеводороды, вводят их в цементационный муфель в виде капель, которые при высокой температуре испаряются. Для создания большей поверхности испарения производят тонкое распыление капель введенной жидкости. Это достигается в шахтных печах с помощью внутреннего вентилятора, в печах непрерывного действия — с помощью форсунки высокого давления, которая устанавливается в загрузочной части муфеля. В качестве жидких углеводородов применяют бензол, пиробензол, осветительный керосин, а в последнее время синтин (продукт синтеза окиси углерода). На некоторых заводах в муфель впускают аммиак в количестве 20—26% от образующегося в муфеле газа, что в известной мере предотвращает выделение сажи. В печах для газовой цементации давление не должно превышать 50 мм вод. ст. Данные по скорости цементации и расходу карбюризатора приводятся в табл. 116.
На некоторых предприятиях с целью ускорения процесса в начальный период газовой цементации (30—50%) от общей продолжительности в шахтную печь вводят газового или жидкого карбюризатора примерно в 1,5 раза больше, чем указано в табл. 116. Это предотвратит цементированный слой от слишком высокого содержания углерода.
К числу весьма перспективных относятся методы газовой цементации с использованием для нагрева токов высокой частоты. Одним из наиболее эффективных способов увеличения скорости цементации является повышение температуры до 1000—1100°. Однако при такой температуре сравнительно быстро выходят из строя детали нагревательных устройств (печей) и,‘ кроме того, сильно растет аустенитное зерно. На автозаводе имени Лихачева создана установка для газовой цементации деталей из сталей 18ХГТ и ЗОХГТ с применением для нагрева токов высокой частоты. Последнее обстоятельство позволило обойтись без рабочих деталей из жароупорной стали.
Здесь для повышения точности зубьев шестерен после термической обработки, создан еще один агрегат, на котором производится скоростная цементация и изотермический 251
Рис. 34. Печь периодического действия для газовой цементации стали с нагревом током высокой частоты (А. Д. Ассонов и др.):
1 — кожух, охлаждаемый водой; 2 — фланец; 3 — основание; 4 — крышка; 5 — затвор; 6 — многовитковая индукторная катушка из медной профилированной трубки, охлаждаемая внутри водой и питаемая током частотой 200 гц; 7 — ввод тока; 8 — стопка зубчатых колес; 9 — шпиндель, центрирующий зубчатые колеса; 10 — подача воды в нижнюю часть шпинделя; Ц — коллектор для подачи газового карбюризатора.
Таблица 116
Скорость газовой цементации деталей по данным разных заводов [8]
Тип печи Примерней величина Карбюризатор Расход | СО O.S । * В Примерная длительность Глубина общего
садки или производительности 2 2° Н Д и нагрева выдержки слоя в мм
Муфельнай печь непрерывного действия (длина муфеля 8,5 м, сечение 0,79X0,42 м) 200-250 кг/час а) природный газ или б) эндогаз, г) керосин 3—4 м3/час 2—2,5 л/час — 6—7 час. 7—9 . 9—11 , 11—13 , 12-15 . 0,5-0,8 0,8-1,0 1,0-1,2 1,2—1,5 1,5-1,8
П ечь с вращающейся ретортой диаметром 400 мм Садка 100 кг » ’00 . , 100 „ . 120 я . 80 , Природный газ 910 910 9 0 950 950 2 час. < 3 . 3 4 . £ 1 час. 40 мин. 45 мин. 15 МИН. ю , •0 , 2 час 50 мин. 2 час 15 . 0,8-0,9 1,0-1,15 1,50 1,1—1,2 1,1—1,2
Шахтная печь Ц90 ► 200 кг Синтин 120 капель в мин. 920 1,5-2 час. 3 час.+l час. диф. отжиг. 1,1
254
Тип печи Примерная величина садки или производительности Карбюризатор
Шахтная печь с вентилятором (Ц105 диаметром ОДи, высотой 1,2 м) 0,6—1,0 т То же
Шахтная печь с вентилятором (Ц105 диаметром 0,6 м, высотой 1,2 м) "0,6—1,0 т Керосин
То же 0,5—0,6 т Масло индустриальное 20 (веретенное 3)
Продолжение таблицы. 116
Расход карбюризатора Температура цементации в °C Примерная длительность Глубина общего слоя в мм
нагрева выдержки
Нагрев 0,5 м3/час, выдержка 1,5 м*/час, охлаждение 0,5 ма1час 920 3 час. 8—9 час. 1,0-1,2
120—150 капель в мин. — 3 час. 3 10—12 час. 10—14 1,2-1,5 1,5-1,8
90 капель в мин. — 4 час. 4 , 7 час. 8 . 1,3-1,6 1,5-2,0
Тип печи Примерная величина садки или производи* тельности Карбюризатор Расход карбюризатора Температура цементации о ОС.
Шахтная печь с вентилятором (Ц35 диаметром 0,3 JH высотой 0,6 м) — Масло индустриальное 20 (веретенное 3) Нагрев 30—40 капель в мин., выдержка 60-70 капель в мин. —
Продолжение таблицы 116
Примерная длительность Глубина общего слоя в мм
нагрева выдержки
— 2 час. 6-7 , 10-12 , — О 00 ФО СП 1 1 1 ьо ~ о ЬЭ О СГ)
•>
Тип печи Примерная величина садки или производительности Карбюризатор Расход карбюризатора
Шахтная печь с вентилятором для цементации крупногабаритных деталей (диаметром 1,8 м, высо-сотой 1,5 м) Садка 1,5—4 т Пиробензол При нагреве 60 капель в мин, первые сутки 260—280 капель в мин., каждые последующие сутки расход снижается на 30 капель в мин. Последние 12— 18 час. диффузионный отжиг при расходе 60 капель в мин.
Продолжение та блицы 116
Температура цементации
Примерная длительность Глубина общего слоя в мм
нагрева выдержки
930 8 час. 0,5 суток 1,0—1.2
1,5 3,0—3,4
2,5 4,8-5,2
3.5 6,0-6,4
4,5 7,0-7,4
5,5 7,8-8,2
6,0 8,4-9,0
отжиг. После такой обработки шестерни имеют невысокую твердость (25—30 ед./?с),их отверстия легко подвергаются протягиванию, а зубья — шевингованию. Окончательной операцией скоростной цементации является закалка зубьев и внутренних отверстий. Об экономичности скоростной цементации с применением для нагрева токов высокой частоты говорят следующие данные (табл. 117):
Таблица 117
Характеристика процесса скоростной цементации [49]
Показатель Продолжительность цементации в час
обычной скоростной
Длительность процесса 8—-10 (газовый 45-60
Темп выдачи деталей в мин. карбюризатор), 12—15 (твердый карбюризатор) 20-40 1,5—3
Съем в 1>3 площади пода в Тсг/час. м2 6-10 (газовый 18-36
Расход жароупорных сплавов (никель, хром) в кг на 1 т обрабатываемых изделий карбюризатор) 5—8 (твердый карбюризатор) 5,6 не расхо-
ГСтоимость обработки в коп^кг 25,6 дуется 15,5-19,5
Представляют интерес разрабатываемые способы газовой цементации с использованием жидких углеводородов при нагреве токами высокой частоты.
При использовании метода ЗИЛ время цементации слоя глубиной в 0,8—4,0 мм составляет при рабочей температуре 1100° 40—45 мин. Таким образом, скорость газовой цементации (с нагревом т. в. ч.) по сравнению со скоростью при обычном процессе твердой цементации возрастает примерно в десять раз.
17 Справочник 2Б7
Закалка сталей марок 18ХГТ и ЗОХГТ производится непосредственно после цементации. Для уменьшения напряжений делается предварительное охлаждение до 870° Если применяются другие марки стали с большей склонностью к росту зерна при нагреве, то после цементации детали охлаждают до нормальной температуры, затем повторно нагревают до 850—870° и закаливают в масле. В этом случае удается провести измельчение зерна сердцевины детали.
Деформация деталей при цементации может достигнуть значительной величины. Для того чтобы получить детали с точными размерами, соблюдается определенная последовательность всех технологических процессов. Сначала производится цементация, затем отжиг для смягчения, предварительная механическая обработка и, наконец, закалка, необходимая для регенерации зерна и придания прочности. Если нужно, то делается окончательная, чистовая механическая обработка. Поскольку при такой технологии можно перед закалкой после отжига провести механическую обработку, то устраняется опасность изменения размеров, связанная с деформацией при цементации.
Особенно большое значение приобретает газовая цементация с -использованием контролируемых эндотермических атмосфер, позволяющих регулировать концентрацию углерода на поверхности цементированного слоя. Это позволяет получить надежные в эксплуатации детали, имеющие чистые поверхности, что исключает трудоемкие операции очистки. Для получения контролируемых атмосфер соответствующие газы (природный газ, сжиженные пропано-бутановые смеси и др.) сжигают в специальном эндотермическом генераторе в присутствии катализатора. Применяя катализатор ГИАП-3, можно получить контролируемую атмосферу при 950—1000°. В зависимости от соотношения между СО2 и Н2О атмосфера может быть нейтральной, науглероживающей или обезуглероживающей. При этом в эндотермическом газе данному содержанию СО2 соответствует строго определенное количество Н2О. Количество водяных паров можно измерять так называемой температурой точки росы. Экспериментально построены опытные кривые равновесия различных сталей с атмосферой, имеющей точку росы от плюс 20—21° до минус Fi—18° при температуре 800—1150°.
Процесс ведут следующим образом. Сначала в генераторе получают эндотермический газ, могущий служить 258
в качестве нейтральной атмосферы, затем к нему добавляют некоторое количество необработанного газа — природного пропана, бутана и т. д, В конце процесса подача необработанного газа прекращается, изделия выдерживаются в эндотермической атмосфере, состав которой обеспечивает условия равновесия с заданной концентрацией на поверхности цементируемого слоя. Благодаря диффузии происходит проникновение углерода во внутрь в результате взаимодействия поверхности изделия с эндотермической атмосферой. Содержание углерода с поверхности снижается до требуемой величины: оптимальным является содержание углерода в 0,8—-1,0%.
Жидкая цементация. При жидкой цементации изделия помещаются в смесь расплавленных углеродосодержащих солей. Обычный состав ванны: 75—85% углекислого натрия, 10—15% поваренной соли и 6—100/п' карбида кремния (карборунда). В результате происходящих в ванне реакций окись углерода выделяется и углерод науглероживает изделие с поверхности.
Кремнекислый натрий и окись натрия всплывают на поверхность ванны и образуют шлак. Через каждые 3 часа ванны освежают путем добавления карборунда с зерном № *26—50 в количестве около 0,5—1,0% от веса солей и добавляют углекислый натрий до требуемого уровня. Через 1—2 месяца ванну следует заменить новой. О зависимости глубины слоя от продолжительности выдержки можно судить по следующим данным при температуре жидкой цементации 850°:
продолжительность цементации
(в час.) . . 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0
глубина диффузного слоя
(в мм) .0,2 0,25 0,35 0,4 0,5
К достоинствам этого процесса относятся равномерность нагрева, возможность непосредственной закалки из цементационной ванны и сравнительно малая деформация обрабатываемых изделий. Скорость цементации в соляных ваннах с течением времени замедляется. Поэтому данный процесс применяют обычно для получения слоя до 0,3 мм. Если добавить в ванну еще 5—8% хлористого аммония (NH4C1), то это ускорит процесс, к тому же одновременно с науглероживанием произойдет и некоторое насыщение азотом. К недостаткам описанного способа следует отнести равномерность цементации на разных сторонах од-
17* 259
пой детали и па разных деталях, подвергающихся одновременной обработке. Жидкая цементация с получением небольшого слоя успешно применяется для мелких деталей, например для различных нормалей.
Образовавшийся в результате цементации слой имеет переменную по глубине концентрацию углерода. Естественно, что содержание углерода уменьшается с поверхно-
Рис. 35. Микроструктура цементированного слоя после медленного охлаждения от температуры цементации (А. П. Гуляев).
сти по направлению к сердцевине, что находит свое отражение в микроструктуре (рис. 35). Желательно, чтобы содержание углерода в поверхностном слое не превышало 1,0—1,2%. При более высоком содержании образуется значительное количество вторичного цементита, что повышает хрупкость стали, особенно если вторичный цементит располагается в виде грубой или сплошной сетки по границам зерен. Такое неблагоприятное расположение вторичного цементита обычно не устраняется последующей термообработкой. Нормальной структурой заэвтектоидной стали считается такая, в которой пластинчатый перлит окаймлен тонкой сеткой вторич
260
ного цементита. При анормальной структуре вторичный цементит присутствует в виде массивных выделений, которые окружены свободным ферритом (рис. 36). Если сталь имеет анормальную структуру, то при обычной термообработке после цементации в местах скопления цементита имеются «мягкие пятна» — следствие того, что аустенит при обычном нагреве под закалку оказывается
Рис. 36. Микроструктура заэвтектоидного слоя (А. П. Гуляев):
а — нормальная структура; б — анормальная, Y 500.
недостаточно насыщенным углеродом, так как грубые включения цементита плохо растворяются в аустените. Отрицательное влияние такой структуры можно устранить применением специальных мер: сильным повышением температуры последующей закалки, охлаждением в резко калящих средах.
Обычно за глубину цементированного слоя принимают суммарную величину заэвтектоидной, эвтектоидной и половины переходной (доэвтектоидной) зон. Иногда за глубину слоя принимают суммарную величину только заэвтектоидной и эвтектоидной зон.
Сам процесс цементации только подготовляет сталь, создавая соответствующие структуру и распределение углерода для последующей термообработки. После закалки на поверхности получается высокоуглеродистый мартенсит
261
Таблица 118
Наиболее распространенные режимы термообработки цементированных деталей (А. Н. Минкевич)
| варианта Условия термообработки Влияние термообработки на структуру и твердость стали* Применение обработки
1 Непосредственная закалка с температуры цементации (из печи газовой цементации или ящика) .Не обеспечивается измельчение зерна крупнозернистой стали, наблюдается значительное коробление деталей. На легированной стали получается пониженная поверхностная твердость за счет сохранения в слое значительного количества остаточного аустенита Наиболее дешевый и простой способ обработки, но применяется редко, лишь для наименее ответственных деталей
2 Непосредственная закалка с подстужива-нием до 800—850°С (чаще до температуры выше Асз сердцевины стали) ** Подстуживанием достигается уменьшение коробления деталей и повышение поверхностной твердости за счет уменьшения количества остаточного аустенита. Измельчение зерна крупнозернистой стали при такой обработке не достигается. Этот вид обработки наиболее широко применяется для ответственных деталей, изготовляемых из мелкозернистой стали и подвергаемых газовой цементации ***
Продолжение таблицы 1 IS
Условия термообработки
Влияние термообработки на структуру и твердость стали*
Применение обработки
То же, что и при варианте 2, но после низкого отпуска производится обработка стали холодом при 70—75° и вторичный низкий отпуск. Обработка холодом может также производиться непосредственно после закалки
То же, что и при варианте 2, но, кроме того, дополнительно повышается поверхностная твердость за счет превращения остаточного аустенита в мартенсит при обработке холодом
Этот вариант обработки применяется весьма редко, для высоколегированных сталей. Чаще этот метод обработки применяется не для всех деталей, а выборочно, только для тех деталей, у которых при контроле после низкого отпуска обнаружена заниженная твердость HRC < 56-Н58****
Охлаждение после цементации с любой необходимой скоростью и затем одинарная закалка с температуры 760— 780°С или выше Лс3 сердцевины стали
При более быстром охлаждении после цементации не образуется цементитная сетка, но увеличивается коробление деталей. Одинарной закалкой достигается существенное измельчение зерна стали. При закалке с 760—780°С сердцевина стали получает неполную закалку. Для высоконагруженных деталей
Применяется часто после твердой цементации и несколько реже при газовой цементации, главным образом в шахтных печах
Условия термообработки
5 То же, что и при варианте 4, но перед одинарной закалкой включена операция высокого отпуска при 650—670° в продолжение 3—5 час.
6 Охлаждение после цементации на воздухе (или вместе с ящиком), затем двойная закалка или нормализация и закалка
Продолжение таблицы 118
Влияние термообработки на структуру и твердость стали*
применяется закалка с температуры выше Ас3 сердцевины стали; при этом сердцевина приобретает структуру мартенсита (у деталей j мелких и среднего размера), троо-стита или сорбита
Высоким отпуском достигается выделение и коагуляция в цементованном слое карбидов, что облегчает обработку стали резанием и приводит к уменьшению количества остаточного аустенита в цементированном слое при последующей закалке стали
Пр-и первой закалке (или нормализации) с температуры 880— 900°С устраняется цементитная сетка и измельчается зерно сердцевины стали. Нормализация предпочтительнее с точки зрения уменьшения коробления, но не всегда обеспечивает отсутствие цементит-
Применение обработки
Применяется чаще после твердой цементации и реже после газовой
Применяется главным образом после твердой цементации для ответственных деталей, к механическим свойствам которых предъявляются высокие требования. При такой обработке
Продолжение таблицы 118
№ варианта Условия термообработки Влияние термообработки на структуру и твердость стали* Применение обработки
7 Двойная закалка с промежуточным высоким отпуском при 650— 670°С ной сетки в слое. При второй закалке, проводимой в зависимости от предъявляемых к сердцевине требований, при 760—850°С измельчается зерно цементованного слоя Недостатком обработки с двойной закалкой является, помимо повышенной стоимости обработки, значительное коробление деталей. Преимущество такой обработки — высокие механические свойства обработанных деталей Цель двойной закалки та же, что и при обработке по варианту 6. Цель высокого отпуска та же, что и при обработке по варианту 5 достигаются высокие механические свойства у крупнозернистой стали То же, что и при варианте обработки 6
•Продолжение таблицы 118
варианта
Условия термообработки
Влияние термообработки на структуру и твердость стали*
Применение обработки
8 Охлаждение деталей после газовой цементации на воздухе, ступенчатая закалка, высокий отпуск, обработка холодом
'О Охлаждение после цементации с любой скоростью и затем закалка поверхностного слоя с «нагревом т. в. ч.
Ступенчатой закалкой достигается измельчение зерна стали при минимальном короблении деталей. Благодаря большой устойчивости аустенита цементованного слоя стали 18Х2Н4ВА после закалки в слое сохраняется аустенит. При охлаждении после отпуска, проводимого при 560°, аустенит превращается в мартенсит. Сердцевина после закалки приобретает структуру в основном-мартенсита, а после отпуска — сорбита. Обработкой холодом уменьшается количество остаточного аустенита в слое
Достигается измельчение зерна только поверхностного слоя, нагретого т. в. ч. выше критических точек
Специальный режим обработки, применяемый для ответственных деталей из стали марки 18Х2Н4ВА, подвергаемых газовой цементации в шахтной печи
Применяется носле твердой и газовой цементации
Продолжение таблицы 118
№ варианта Условия термообработки Влияние термообработки на структуру и твердость стали* ** *** **** Применение обработки
10 Газовая цементация ори температуре 1050°С с нагревом т. в. ч., под-стуживание до 820°, закалка и низкий отпуск Благодаря применению мелкозернистой стали высокая температура цементации почти не сказывается на снижении механических свойств стали Применяется на московском автозаводе имени Лихачева для шестерен из стали марки 18ХГТ
* При всех вариантах обработки заключительной операцией является низкий отпуск при температуре 180—200°С в продолжение 1—2 час. с целью уменьшения напряжений и некоторого повышения вязкости стали без снижения ее поверхностной твердости.
** Поверхностная твердость цементованной стали после закалки й низкого отпуска должна быть Rc >58.
*** Закалка сложных и склонных к короблению деталей (например, зубчатых колес) ведется часто в штампах. Закалка в штампах применяется и при других вариантах обработки цементованных деталей.
**** Обработка холодом может быть включена и в другие варианты обработки (например, 4, 5, 6 и 8). В случае 100%-ной обработки деталей холодом эту операцию обычно следует производить непосредственно после закалки, так как .предварительный низкий отпуск или вылеживание деталей при комнатной температуре могут стабилизировать аустенит.
Когда под наружным мартенситно-карбидным слоем располагается много остаточного аустенита, то обработку холодом производить не следует, так как при этом могут возникнуть на поверхности растягивающие напряжения, снижающие предел выносливости стали.
ФО
Таблица 119
Механические свойства цементуемой стали (Л. Н. Минкевич)
Термическая обработка* Механические свойства не менее «г Размер заготовок
Марка стал закалка g/n | стаР 0 1 ф сч (квадрат), для кото-
| вторая рых даны
первая охлаждаю- в кг[мм* % * S механиче-
в °C щая среда О во о ские свойства в мк
16ХГТА 900 790-860 Масло 180 80 105 12 55 10
15ХГНТА 850 — 180 80 100 12 55 11 —
15Х2ГН2ТА 860 770-810 180 90 100 12 55 и 15
25Х2ГНТА 900 860 180 135 150 10 45 7 В образ-
цах
15ХР 860 770-810 Масло или вода 180 60 80 12 45 8 15
20ХГР 910 870 Масло 200 80 100 9 50 8 15
18ХСНРА 900 — Масло или вода 200 ПО 130 10 45 7 15
15Х2ГН2ТРА 850 — Масло 170 90 105 12 55 10 25
* В графе «Термическая обработка» для некоторых сталей приведены температуры первой и второй закалок по данным ГОСТ 4543—57 и другим источникам. Вместо двойной закалки чаще применяется одинарная 1тлли непосредственная закалка с под-стуживанием.
Таблица 120
Виды брака при цементации и способы их устранения [14]
Вид брака Причина брака Способ устранения брака
Завышенный слой це- Завышенная температура це- При завышенной глу-
ментации ментации, неравномерная температура в печи, неисправность приборов, определяющих температуру бине цементации брак нс справим
Заниженный слой це- Заниженная температура на- Повторная цемента-
ментации грева, неравномерная температура в печи ция
Отслаивание цементо- Высокая концентрация углеро- Нагрев деталей при
ванного слоя да в цементованном слое (образование цементитной сетки), очень быстрый подъем температуры в начале цементации, применение сильнодействующего карбюризатора, завышенная температура температуре 920—940° в смеси древесного угля + 5% кальцинированной соды и выдержка при этой температуре в течение 3—4 час.
Крупнозернистый из- Очень высокая температура це- Термическая обработ-
лом цементованного ментации, что приводит к перегре- ка для исправления
слоя ву металла структуры
Мягкие пятна на зака- Некачественный карбюризатор, Непродол ж и т ельная
ленной поверхности малое насыщение углеродом поверхностного слоя, поверхностное повторная цементация, повторная закалка, ос-
Продолжение таблицы 120
ьэ о
Вид брака Причина брака Способ устранения брака
обезуглероживание при длительном нагреве или неравномерный нагрев под закалку, загрязненные поверхности деталей мотр поверхностей деталей и очистка их от загрязнения перед цементацией
Разъедание поверхности детали Повышенное содержание в карбюризаторе сернокислых солей Не допускать в карбюризаторе сернокислых солей свыше 6%
Заниженная концентрация углерода в цементованном слое Слабый карбюризатор, нарушение температурного режима цементации Повторная цементация при качественном карбюризаторе и нормальной температуре
Стекловидные наплывы на поверхности изделия Наличие песка в карбюризаторе Не допускать попадания песка в карбюризатор
Поверхностное обезуглероживание цементованного слоя Очень медленное охлаждение ящиков с печью после цементации Охлаждение ящиков после цементации на воздухе. Повторная цементация с небольшой выдержкой
с сохранением вязкой сердцевины. Выбирая режим закалки, следует учитывать, что в результате длительного пребывания стали в период цементации при высокой температуре происходит интенсивный рост Аустенитного зерна. Поэтому закалка, помимо придания высокой поверхностной твердости, должна привести к измельчению (регенерации) зерна. При выборе режима следует учитывать и то, что содержание углерода в цементированном изделии меняется по сечению. В табл. 118 и 119 приводятся данные по режимам термообработки цементированных деталей и их механическим свойствам. Характеристика видов брака при цементации дана в табл. 120. Для.защиты поверхности от цементации применяется омеднение, а также нанесение на поверхность, не подлежащую цементации, различных паст (табл. 121).
Таблица 121
Методы изоляции поверхностей деталей, от цементации [8]
Метод изоляции
Примечание
Гальваническое омеднение (малопористое) *
0,01—
0,05**
Надежный и широко применяемый метод защиты стали от цементации. После цементации слой меди удаляется гальванически, химически или механически
* Пористость проверяется раствором 10 г/л железосинеродистого калия и 20 г/л хлористого натрия. Кисточкой или при помощи пропитанной им фильтрованной бумаги раствор наносят на омедненную поверхность изделия; после 2—3 мин. выдержки в местах пор появляются синие точки. Допускается не более одной точки на 2 см2.
♦* Толщина слоя зависит от метода и длительности цементации. При заданной глубине слоя 1 мм при твердой цементации требуется слой меди толщиной примерно 0,01—0,015 мм, а при газовой цементации — примерно 0,025—0,05 мм.
27 Г
Продолжение таблицы 121
Метод изол я 2 s 2 к X К О 4 У ч s S ° о я о И К ии Примечание
Обмазка: 50% таль-, ка 4- 50% жидкого стекла (обмазанные детали сушатся 6 час. в сушильном шкафу или сутки на воздухе) 2-3 Малонадежный способ защиты, так как обмазка может давать трещипы
Обмазка: 2 части талька +1 часть воды 4-+’1 часть белой глины с добавлением жидкого стекла до консистенции обмазки . . Обмазка: 4—5 частей однохлористой меди -f-4-14-2 части свинцового сурика, замешанные на канифольном лаке 2-3 2-3 То же
Забивка отверстий медными пробками. Надевание железных колпачков — Надежный щиты способ за-
Оставление на деталях припуска, снимаемого после цементации Толщина припуска должна быть в 1,5-2 раза больше заданной глубины цементованного слоя Надежный, но дорогой способ защиты
272
АЗОТИРОВАНИЕ
'Азотирование, или, как еще называют этот способ, азотизация, натрирование, представляет собой процесс поверхностного насыщения обычно легированных сталей и чугунов азотом. Проводится при 500—650° в атмосфере аммиака, который диссоциирует с выделением атомарного азота (по реакции 2NH3 ->3H2 + 2N), поглощаемого поверхностью (рис. 37). Скорость протекания аммиака должна обеспечить нужную степень диссоциации.
Рис. 37. Схема уста^ов^и для азотирования стали (А. Н. Минкевич)з
1 — баллон с аммиаком; 2 — манометр специальной конструкции; 3 — осушитель; 4 — счетчик ам^ миака; 5 —термопара; 6 — вывод газа; 7 —лопасти вентилятора; 8 — конденсационный бачок;
9 — манометр; 10 — бачок с водой; 11 — диссоцио-метр.
Целью азотирования может быть повышение поверхностной твердости, износоустойчивости, предела усталости и сопротивления коррозии в некоторых средах.
Структура азотированного слоя для нелегированной стали определяется содержанием азота и соответствует диаграмме железо—азот (рис. 38). Следует отметить, что пои переходе от одной фазы к другой в диффузионном слое наблюдается резкий перепад концентрации (рис. 39). При азотировании легированной стали с температурой ниже эвтектоидной (591°) в структуре слоя наблюдаются следующие фазы: с поверхности сплошной слой е-фазы, затем слой (е + ^Ц-фаз, далее a-фаза, сопровождаемая на некоторой глубине фазой и нитридами легирующих элементов (A1N, СггМ, MoN и др.), которые металлографически не обнаруживаются. Область, содержащая нитриды легирующих
18 Справочник 273
элементов, имеет сорбитообразный характер и напоминает структуру сердцевины, отличаясь от нее'большей травимо-стью, что связано с высоким содержанием в ней азота. При температурах выше эвтектоидной (591°) после медленного охлаждения присутствует эвтектоид (ат)1 )—рис. 39.
Азотирование можно разделить на два вида: прочностное и антикоррозионное.
Рис. 38. Диаграмма состояния железо — азот.
Прочностное азотирование применяется для повышения прочности (в том числе усталостной), твердости, износоустойчивости стали. Для этого вида азотирования применяются следующие стали:
стали с повышенным содержанием алюминия (типа 35ХМЮА и 35ХЮА), обладающие после азотирования очень высокой поверхностной твердостью и износоустойчивостью, но имеющие ряд недостатков: большое количество неметаллических включений, столбчатый излом, значительное обезуглероживание при нагреве, повышенную хрупкость азотированного слоя;
стали с пониженным содержанием алюминия и не содержащие молибден, имеющие меньше указанных недо-274
статков, но обладающие более низкой твердостью и износоустойчивостью;
нержавеющие и жаропрочные стали (типа 1Х18Н9Т, 1X13 и др.), которые после азотирования обладают повышенной твердостью и износоустойчивостью, хотя при этом сопротивление коррозии и окислению уменьшается;
легированные конструкционные стали различных марок, содержащие в своем составе хром, вольфрам, молибден и другие элементы, дающие твердые и устойчивые нитриды. Азотирование этих сталей проводится для повышения предела усталости. Твердость при этом сравнительно невысока (7/V=500 4- 50);
инструментальные стали, употребляемые для штамповочного и измерительного инструмента, дающие после азотирования повышенную твердость и износоустойчивость (марка 5ХНМ, 5ХТМ, ЗХВ8, Х12Ф, Х12М и другие).
Схема, показывающая последовательность операций при изготовлении азотируемых деталей, приведена на рис. 40.
Рис. 39. Микроструктура азотированного слоя. Температура азотирования 600°С, охлаждение медленное, Х200 (А. Н. Минкевич).
18*
275
Рис. 40. Схема технологического процесса изготовления азотируемых деталей, изготовленных из хромомолибденоалюминиевой стали (С. Ф. Юрьев).
Сведения о составе, предварительной термообработке и назначении азотированной стали приводятся в табл. 122.
Перед азотированием сталь должна иметь определенные механические свойства, что достигается операцией улучшения.
Следует обратить внимание на то, что после азотирования детали подвергаются лишь очень небольшой по глубине шлифовке, а чаще только полировке, притирке.
Рис. 41. Изменение поверхностной твердости и глубины азотированного слоя стали марки 35ХМЮА в зависимости от температуры и продолжительности процесса (Ю. М. Лахтин).
шение температуры сокращает длительность процесса, но уменьшает твердость (рис. 41).
При двухступенчатом методе азотирования (см. табл. 123) длительность процесса значительно сокращается, но деформация изделий после этого повышается по сравнению с одноступенчатым изотермическим азотированием. Для получения тонких слоев, уменьшения деформаций и устранения отпускной хрупкости 2-го рода следует применить низкие температуры азотирования. Если ввести в печь ферросилиций и нанести на обрабатываемую поверхность обмазку, состоящую из насыщенного водного раствора хромового ангидрида, то температуру процесса можно снизить до 380—420°.
Специфические особенности имеет азотирование аустенитных сталей, применяемых в качестве нержавеющих и жароупорных. Процесс их азотирования идет медленнее, чем обычных хромомолибденоалюминиевых, хотя темпера-
277
Химический состав, термообработка, назначение
Группа стали Марка стали Химический сое
С Сг А1 Мо
Хромоалюминие-вомолибденовая 38ХМЮА 0,35— 0,42 1,35-1,65 0,7- 1,1 0,15— •),25
Хромоалюминие-вая 35ХЮА 0,31-0,39 1,35— 1,65 0,7- 1,1 —
То же 38ХЮ 0,35— 0,43 1,50- 1,80 0,5-0,8 —
Хромоалюминие-вовольфрамована-диевая 38ХВФЮА 0,35— 0,40 1,5— 1,8 0,4-0,7 —
Хромоникель-вольфрамова-надиевая 30Х2Н2ВФА 0,27— 0,34 1,6-2,0 — —
Хромоникельвольфрамовая 30Х2Н2ВА 0,27— 0,34 1,6- 2,0 — —
Хромовольфрамовая ЗОХЗВА 0,27-о,35 2,8- 3,2 — —
Хромомолибде-новольфрамована-диевая 20ХЗМВФ 0,16— 0,21 2,4- 3,3 0,35— 0,50
278
Таблица 122 азотируемой стали и чугуна (А. Н. Минкевич)
тав в % Режим термообработки Назначение стали
Ni W V Т1 т емпе^атура закалки и охлаждающая среда в °C тем 1ерату-ра отпуска в °C***
— — — — 940, масло 625— 650 Гильзы моторов и насосов, зубчатые колеса, валики водяных насосов, шпиндели, копиры, втулки, кулачки. детали топливных насосов, мерительный инструмент и другие изделия
— — — — 910, масло 625— 65J Шпиндели, кулачки, зубчатые колеса и другие детали
900-940, масло или теплая вода 600- 650 Новые малоалюми-ниевые-стали, применяемые в производстве, разработанные НИИЧерметом взамен сталей 38ХМЮА и 38ХЮА (ЧМТУ 2970-51 и 3588-53)
— 0.2- 0,4 0,1-0,2 — 900-940, масло или теплая вода 600- 650
1,4— 1,8 1.2- 1,5 0,18— 0,28 — 910, масло 610- 650 Зубчатые колеса, валы
1,4— 1,8 1,2— 1,5 — • - 860, масло 580 То же
<05 0,8— 1,2 — — 870- 800, масло 5Я0 - 620 -
<0,5 0,8-0,5 06-0,85 — — — Паевые клапаны, втулки па-розпуска турбин
279
Группа стали Марка стали Химический сос
С Сг А1 Мо
Хромоникель-вольфрамомолиб-деновая (аустенитная) 4Х14Н14В2М ( ЭИ69) 0,4-0,5 13-15 — 0,25— 0,40
Хромоникелевая (аустенитная) 1Х18Н9Т (Я1Т) <0,14 17—20 — —
Хромистая 1X13 (Ж1)* <0,15 12-14 — —
Хромованадие-вая Х12Ф** 1,45— 1,7 11,5- 13,0 — —
Хромовольфрамовая 4Х8В2 (ЭИ160) 0,35— 0,45 7,0- 9,0 — —
280
Продолжение таблицы 122
тав в % Режим термообработки Назначение стали
Ni W V Ti температура закалки и охлаждающая среда в °C 1 температура отпуска в ° с***
13- 15 2,0— 2,3 — — 1170-1200, вода — Клапаны двигателей внутреннего сгорания и другие детали
8-11 — — <0,8 1050-1100, вода — Различные немагнитные детали, работающие на трение
— — — — 1090—1050, масло 600 Детали насосов и другого оборудования, работающие на трение в коррозионной среде
0,15-0,30 1025—1050, масло 550 Матрицы для холодной штамповки и другой инструмент, работающий на трение при повышенных температурах
2,0- 3,0 1025-1050, масло 550 Валки для горячей раскатки шариков, матрицы и пуансоны для горячей штамповки
281
Группа стали Марка стали С X Сг имический сос
А1 1 Мо
Хромовольфра-момолибдепована-диевая ЭИ161 0,5-0,6 6,5- 7,5 — 0,2-0,4
Хромовольфра-мованадиевая ЗХ2:<8 (ЗХВ8) 0,30-0,40 2,2— 2,7 — —
Хромовольфрамокремнистая 4ХВ2С (4ХВС) 0,35— 0,45 1,0- 1.3 — —
Хромистая 7X3 0,60-0,75 3,2— 3,8 — —
Хрсмоалюминие-вомолибденовый азотируемый чуг н — 2,5 2,65 (общее) 1,3-1,5 0,8 1,0 0,15 0,20
* Вместо стали марки 1X13 может применяться
** Вместо стали марки Х12Ф может применяться
*** После закалки, отпуска и механической обработки ному стабилизирующему отпуску.
282
Продолжение таблицы 122
тав в % Tl Режим термообработки Назначени
Ni w V температура закалки и охлаждающая среда в °C температура отпуска в °C***
— 6,5- 7,5 <0,3 — — — Шарико- и роликоподшипники, работающие при повышенной температуре
— 7,5- 9,0 0,2-0,5 — 1050-1100, масло 575 Пресс-формы для литья под давлением цветных металлов. Матрицы и пуансоны для горячей штамповки
— 2,0- 2,5 — — 869—900, масло 550 То же
— — — - 850- 880, масло 550 Пуансоны, штампы
Si 2,5-2,7 Мп 0,50 -0,65 — — 850, масло 600- 650 Гильзы, втулки
сталь марок 2X13 (Ж2) и 3X13 (ЖЗ).
сталь марок Х12 и Х12М.
детали сложной конфигурации иногда подвергают вторич-
283
Таблица 123
Способы азотирования стали (Ю. М. Лахтин)
Вид обработки Температура в °C Насыщающая среда Длительность процесса в час. Примечание
Азотиро- Азотирова- А вание нис двухсту- Азотирование антикорро- прни^ТА/ изотермическое знойное пенчатое г 1-я ступень 500-520, 600 700 2-я ступень 480—560 560-600 NH3. Степень диссоциации 10—25 и при 480--520°С, 30 — 40% при 550—56)°С. Давление NH3 20— 75 мм вод. ст. NH3. Степень диссоциации: 1 я ступень 20—30% и 2-я ступень 40—45%. Давление 20—75 мм вод. ст. NH3. Степень диссоциации 40—60%. Давление 20—75 мм вод. ст. 3—90 час. при 500— 520°С для получения слоя глубиной 0,1— 0,8 жж. Повышение температуры сокращает длительность процесса, но уменьшает твердость. Охлаждение с печью в потоке МН31 Длительность 1-й и 2-й ступеней одинакова: от 6 до 24 час2. Охлаждение с печью в потоке <NH3 От 0,25 до 10 час. в зависимости от температуры и габаритов изделия 3 Придание высокой твердости, .износоустойчивости и повышение предела выносливости То же. Длительность процесса значительно сокращается. После азотирования повышенная деформация изделий Повышение антикоррозионных свойств углеродистой и низколегированной стали. Твердость повышается незначительно
Продолжение таблицы 123
Вид обработки Температура в °C Насыщающая среда Длительность процесса в час.| | Примечание
Азотирование антикоррозионное, совмещенное с закалкой о ю оо 1 о NH3. Степень диссоциации 60 — 100% Азотирование происходит при нагреве и короткой выдержке (5—10 мин.) под закалку. Охлаждение в масле или воде4 Повышение антикоррозионных свойств и твердости высокоуглеродистых сталей
Примечания: 1. Введение в печь ферросилиция и нанесение на обрабатываемую поверхность обмазки, состоящей из насыщенного водного раствора хромового ангидрида, позволяет вести процесс ври 380—420°. После азотирования стали 38ХМЮА для снижения хрупкости слоя иногда проводят нагрев при температуре азотирования в течение 2—6 час. в атмосфере предварительно полностью диссоциированного аммиака.
2. Нередко длительность второй ступени несколько больше, чем первой.
3. Рекомендуется быстрое охлаждение в масле «или на воздухе для повышения вязкости азотированного слоя.
4. После закалки низкий отпуск, желательно в атмосфере аммиака, ю 8
тура процесса выше (550—680°). Детали из этих сталей следует быстро нагревать до температуры азотирования, печная атмосфера не должна быть при этом влажной. Если это не соблюдается, то на поверхности образуется плотная окисная пленка, которая не разрушается в процессе азотирования и препятствует проникновению азота. Перед азотированием нержавеющих высокохромистых (Х13, Х18 и др.) и аустенитных хромоникелевых (Х18Н9, 4Х14Н14ВА и др.) сталей их необходимо подвергать обработке для снятия с их поверхности оксидной пленки, которая препятствует насыщению азотом. В некоторых случаях удаляют оксидную пленку путем пескоструйной обработки. Более надежная обработка при удалении оксидной пленки — травление в подогретой до 50—90° концентрированной соляной кислоте или 30% растворе серной кислоты. Применяют также обработку в ванне 60% NaCN и 40% KCN с выдержкой 15 мин. и последующей тщательной промывкой. Предложен также и метод удаления оксидной пленки путем пропускания через муфель хлористого аммония, который в результате диссоциации дает НС1. Кроме того, введенный NH4C1 активизирует поверхность стали, что сокращает продолжительность азотирования.
Имеется ряд предложений по применению индукционного нагрева иди азотировании.
Свойства азотированного слоя. Азотирование специальных сталей типа 38ХМЮА приводит к получению твердости порядка НV= 1000—1200. Твердость хромистых, хромоникелевых и хромовольфрамовых сталей лежит в пределах 7/V = 600—800, а нелегированной стали (после медленного охлаждения) не превышает ЯК=300. Распределение твердости по глубине слоя дано на рис. 42. Азотированный слой обладает высокой износоустойчивостью, значительно превосходящей износоустойчивость цементированного и цианированного слоев. Твердость и износоустойчивость сохраняются при нагреве до 550—600°, то есть, иначе говоря, при этом достигается красностойкость. Чем выше температура азотирования и чем длительнее выдержка, тем падение твердости по глубине диффузионного слоя происходит медленнее. В азотированном слое возникают большие остаточные сжимающие напряжения, что приводит к получению высокого предела усталости всего изделия в целом. Предел усталости имеет наибольшее значение при сравнительно незначительной глубине слоя. 286
Повышение температуры азотирования (при данной глубине слоя) нежелательно.
Повышенная степень диссоциации при азотировании также неблагоприятно сказывается на деталях, так как это
приводит к получению слоя, насыщенного азотом, не обладающего достаточной усталостной прочностью. При нарушении целостности азотированной поверхности предел ус-
талости резко падает.
Азотированный слой обладает значительным пределом усталости в ряде коррозионных сред. Резкие переходы, отверстия, невысокое качество поверхности, приводящие к концентрации напряжения, относительно мало сказываются на величине предела усталости. Азотированные детали обладают повышенной коррозионной стойкостью в ряде сред — на воздухе, в водопроводной воде, слабых щелочных растворах.
В ряде случаев применяется специальное антикоррозионное азотирование. Следует, однако, помнить, что азотирование понижает химическую стойкость и ока-линостойкость аустенитной хромоникелевой и нержавеющей хромистой стали. Азотирован-
глубино слоя, мм
Рис. 42. Распределение твердости по глубине азотированного слоя стали 35ХМ ОА, азотированной при 520° (С. Ф. Юрьев).
ная сталь хорошо поли-
руется, после чего имеет приятный серебристо-серый цвет. К недостаткам азотирования относится пониженная ударная вязкость слоя, который становится хрупким. После азотирования детали деформируются. Это свя-
зано с тем, что удельный объем азотированного слоя отличается от удельного объема сердцевины. Поэтому возни
кают значительные сжимающие напряжения в поверхност-
287
ном слое и растягивающие — в сердцевине, что и приводит к деформации.
Контроль азотированных деталей производится по глубине слоя его хрупкости, твердости поверхности (по Виккерсу с нагрузкой 10 или 30 кг) или другими методами
с применением малых нагрузок.
Антикоррозионное (декоративное) азотирование широко применяется для разнообразных углеродистых и легиро
Ородоллштельность процесса
Рис. 43. Оптимальные режимы антикоррозионного азотирования (А. В. Рябченков и В. Д. Яхнина):
ванных сталей, а также и для чугунов. При наличии оплошной корки, состоящей из е -фазы, азотированный слой обладает высокой химической стойкостью в воздушной влажной среде и в водопроводной воде (не ржавеет в течение многих месяцев), в перегретом водяном паре, в бензине, в продуктах горения газов,
в неочищенном масле, в слабых щелочных растворах. Перед антикоррозионным азотированием детали проходят обработку поверх-
1 — область весьма хрупких слоев; 2 — область коррозионноустойчивых бсспористых слоев; 3 — область пористых кор-розионно неустойчивых слоев.
ности, как перед гальваническим покрытием.
Перед азотированием следует детали обезжирить,
промыть <и просушить. Обычно глубина слоя при антикоррозионном азотировании должна лежать в пределах 0,015—0,04 мм.
При необходимости иметь, помимо химической стой
кости, и высокую поверхностную твердость детали из средне- и высокоуглеродистых сталей после азотирования закаливают и затем дают низкий отпуск.
Данные по режимам процесса и контролю качества декоративного азотирования приводятся в табл. 123, 124 и на рис. 43.
Методы защиты от азотирования приводятся в табл. 125.
288
Таблица 124
Контроль качества антикоррозионного азотирования (производится на образцах-«свидетелях» или на двух-трех деталях от каждой партии) [8]
Метод контроля длительность испытания Примечание
Внешний осмотр (100% деталей) — Поверхность после азотирования должна быть матовой. Неодинаковая по цвету поверхность с блестящими местами указывает на неравномерное и недостаточное азотирование.
Микроанализ Глубина антикоррозионной нетравящейся £-фазы должна быть в пределах 0,015—0,04 мм
Испытания хрупкости по виду отпечатка пирамиды прибора Виккерса Степень хрупкости оговаривается в технических условиях (специальными шкалами)
В водопроводной воде Не менее 24 час. В местах пор и трещин появляются следы ржавчины
В дистиллированной воде с добавлением к пей сотых долей процента сернокислых солей калия или натрия Не менее 24 час. То же
В камере влажности (98% влажности) То же
В 10%-ном растворе медного купороса 2 мин. В местах пор, трещин и тонкого азотированного слоя осаждается контактная медь
19 Справочник
289
Продолжение таблицы 124
Метод контроля
Длительность испытания
Примечание
В реактиве: 6 ч.
K4Fe(CN)6, 10 ч. NaCl, 25 г агар-агара на 1 л дистиллированной воды
Этот же реактив наносится кистью на фильтр, который затем просушивается, а при необходимости контроля смачивается водой и прикладывается к поверхности детали
10 мин.
2-3 мин.
Дефектные места
слоя синеют
Посиневшим местам на фильтре соответствуют места с дефектами в азотированном слое
ЦИАНИРОВАНИЕ
Цианирование — процесс поверхностного насыщения стали одновременно углеродом и азотом. Цианирование ведется при 820—950° с целью повышения поверхностной твердости, износоустойчивости и усталостной прочности различных видов конструкционной стали. Цианирование производится также при 500—560° с целью повышения стойкости окончательно готового инструмента из быстрорежущей, а иногда и из высокохромистой стали. По среде, в которой производится процесс, различают твердое, жидкое, газовое цианирование.
При цианировании на поверхности создается слой, напоминающий цементированный. На самой поверхности наблюдается тонкая (до 0,04 мм) нетравящаяся полоска, которая является карбоиитридной е-фазой (Fe2(NC). В нижележащих слоях возможно присутствие 71- фазы. После цианирования пои высоких температурах производится закалка. В этом случае структура слоя состоит из азотистого мартенсита.
Твердое цианирование производится в смеси, состоящей из 30—40% желтой кровяной соли K4Fe(CN)6, 10% соды ИагСОз и древесного угля (50—60%). Процесс напоминает твердую цементацию. В настоящее время этот вид цианирования иногда применяют для повышения эксплуа-290
Таблица 125
Методы местной защиты от азотирования [8]
Метод защиты Толщина наносимого слоя в мм Примечание
Гальваническое лужение (чаще с последующим фостатированием) 0,01—0,12 Наиболее часто применяемый метод
Гальваническое никелирование 0,05-0,06 Применяется редко
Гальваническое цинкование 0,04—0,05 Применяется очень редко
Гальваническое биметаллическое покрытие свинец — цинк или медь—цинк, медь—свинец, никель—свинец Первый металл 0,005, второй металл 0,015 То же
Обмазка: 3 ч. порошка олова 4-1 ч. порошка свинца+ 1 ч. хрома растираются и разбавляются хлористым цинком 1—2 Применяется редко
Обмазка из свинцово-оловянистой пыли (60: :40), разбавленной смесью: 5 ч. растительного масла 4- 1 ч. стеарина+’ +'4 ч. свиного сала 4-4-2 ч. пульверизированной смолы 4- 1 ч. хлористого цинка 1-2 То же
Двукратное нанесение на поверхность жидкого стекла с последующей сушкой при 100—120°С* 1-2 Дешевый метод, применяемый на ряде заводов
* Жидкое стекло способно несколько перемещаться по поверхности детали; поэтому последний метод нельзя применять в тех случаях, когда требуется соблюдение точной границы между азотируемой и неазотируемой поверхностями.
19* 291
тационных свойств инструмента из быстрорежущей стали, выдерживая изделие при 540—560° в течение 2—4 часов. Твердое цианирование распространено мало из-за большой продолжительности обработки в сравнении с другими видами цианирования к отсутствия стабильности в получаемых свойствах.
Жидкое цианирование проводится в расплавленных слоях KCN, NaCN, K4Fe(CN)6, к которым добавляются нейтральные соли Na2CO3, NaCl, КО, ВаС12 и др. (.см. табл. 126). Цианистые соли в ванне диссоциируют с выделением атомарных азота и углерода (обязательно в присутствии кислорода воздуха):
4NaCN + 2О2 = 4NaCNO,
4NaCNO = 2Na2CO3 + 2СО + 4N,
2СО = СО2 + С.
При глубоком цианировании (до 900—950°) в состав ванны вводится значительное количество хлористого бария, который способствует активному насыщению стали углеродом. Происходят реакции:
2NaCN + ВаС12 -> 2NaCI + Ba(CN)2.
Цианид бария при высоких температурах легко распадается:
Ba(CN)2-> BaCN2 + C.
Далее: 2BaCN2 + Оа -> ВаО + СО + 2N.
Образующийся СО диссоциирует: 2СО->СО2 + С. В результате происходит в основном насыщение углеродом н весьма ограниченное — азотом.
В табл. 126 даны составы и условия применения различных ванн для высокотемпературного жидкого цианирования. Для низкотемпературного процесса применяются ванны, состоящие из 35—50% NaCN (или KCN) и 50— 65% Na2CO3+ NaCl, а также ванны из 50% NaCN + + 50% KCN.
Температура цианирования не должна быть выше температуры отпуска. Освежение ванны производится цианистым натрием или калием.
Высокотемпературное цианирование при 750—860° ведется на глубину 0,1—0,3 мм с выдержкой от 10 до 90 мин. в целях получения прочного и износоустойчивого слоя при сравнительно малых удельных нагрузках. Слой обычно со-292
держит 0,6—0,8% углерода и 0,4—0,5% азота. После цианирования изделия закаливаются (непосредственно из ванны), затем дается низкий отпуск с получением твердости порядка 55—60 единиц по HRq При глубоком цианировании (900—950°) необходимо зеркало ванны покрыть беззольным графитом для уменьшения степени обеднения ванны цианистыми соединениями и тепловых потерь. Ванну необходимо периодически освежать добавкой к ней ВаС12 и NaCN в соотношении 4 1. Глубина слоя составляет от 0,5 до 1,5 мм с выдержкой от 1 до 5 часов. Закалку делают непосредственно из ванны и затем дают низкий отпуск. Однако при большем слое (1,2—1,5 мм), когда длительность выдержки увеличивается, после цианирования проводят охлаждение деталей на воздухе, затем делают повторную закалку, как при цементации, с целью измельчения зерна и придания поверхности изделия высокой твердости. Иногда при глубоком цианировании для уменьшения деформации после выдержки при температуре около 950° изделия переносятся на 5 мин. в соляную ванну с температурой порядка 850° и затем закаливаются. Помимо уменьшения деформации, здесь происходит удаление с поверхности цианистых солей, а также уменьшения количества остаточного аустенита. При цианировании на небольшую глубину (до 0,1 мм) можно применять индукционный нагрев в расплавленной желтой кровяной соли (90% К4Ге(СМ)б+'10% NaCl).
Следует помнить о том, что цианистые соли чрезвычайно ядовиты, а выделяющаяся при работе синильная кислота вредно отражается на работающих.
Газовое цианирование (нитроцементация) широко используется вместо жидкого цианирования, а также и вместо газовой цементации.
Процесс проводится путем одновременного пропускания аммиака и углеродосодержащего или природного газа. Иногда вместо природного газа вводят жидкий распыляемый углеводород. К преимуществам этого процесса относится прежде всего отсутствие ядовитых цианистых солей. Как и при жидком цианировании, различают высокотемпературный и низкотемпературный варианты. Высокотемпературное цианирование ведется при 840—870°, что позволяет вести закалку непосредственно из муфеля (реторты), так как рост зерна мал. В этом смысле нитроцементация выгодно отличается от цементации. Кроме того, вследствие более низкой температуры, стойкость муфелей из жароупорной стали увеличивается. Однако по сравнению с жидким цианированием для получения того же по глубине слоя при 293
Состав ванн, наиболее широко применяемых для
ванны
Характеристика ванны
Период анализа ванн
Основ
NaCN*
цианплав ГИПХ* **
1 Высокопроцентная ванна с NaCN для цианирования на небольшую глубину (применяется на ГАЗ и многих других заводах)
2 Ванна с цианплавом для цианирования на небольшую глубину (применяется на ЗИЛ и многих других заводах)
3 Активная ванна с NaCN и ВаС12 для цианирования на различную глубину (применя-
ется на ГАЗ и ряде других заводов)
4 Ванна для глубокого цианирования (применяется на 1ГПЗ, ЗИЛ, Минском и Киевском мотоциклетных, Харьковском велосипедном и других заводах)
0,35 При расплавлении Рабочий 50 20—25 —
0,60 При расплавлении — 9
Рабочий*** — —
1,0 При расплавлении 10 —
Рабочий 8-12 —
2,0 При расплавлении Рабочий 8 3-8 —
* Технический высокопроцентный цианистый натрий
** Цианплав ГИПХ содержит примерно 21,7% Са NaCl; 1,9% СаС2; 2,5% С; 0,8% CaF2.
*** Содержа/ние в ванне группы CN должно быть в
294
Таблица 126 цианирования машиностроительной стали [8]
ные компоненты ванны в % Температура цианирования в °C Длительность процесса Получаемая глубина слоя в мм
NaCl Na2CO3 ВаС1а ВаСО3 СаС12
50 — — — — — — —
25-50 25-50 — —- — 840 870 0.5 ч. 1,0 , 0,5 „ 1,0 „ 0,10—0,15 0,15-0,25 0,20—0,25 0,25-0,30
36 — — — 55 840 0,5 ч. 1,0 „ 0,15—0,20 0,20-0,30
— — — — — 870 0,5 ч. 1,0 , 2,0 я 0,20-0,30 0,30-0,40 0,45-0,55
40 — 50 — — — — —
30-55 <10 >15(фак-тически на заводах <15) 35-50 — 840 900 1 ч. 20 м. 1,0 ч. 2,0 „ 4,0 „ О Си СИ 1111 ~ ООО Ю ОО СП 00
10 — 82 — — — — —
<30 Нет >30 <40 900 950 25 м. 45 „ 90 „ 1,0 ч. 2,0 „ 3,0 п 4.0 . 5-6 я 0,20-0,25 0,30-0,50 0,50—0.80 0,5-0,6 0,8—1,0 1,0-1,1 1,2-1.3 1,4-1,6
содержит не менее 85% NaCN, но чаще 96% NCN.
(CN)2; 22,8% NaCN; 3,5% CaCN2; 26,1% СаС12; 1,40/n
пределах 0,4—1,0%.
295
газовом способе времени тратится больше (примерно в 1,5 раза). Газовая смесь состоит из 70—80% науглероживающего газа и 20—30% аммиака (табл. 127).
Газовому высокотемпературному цианированию обычно подвергают детали из среднеуглеродистых легированных (реже нелегированных) сталей. Скорость процесса 0,15— 0,25 мм!час, После закалки твердость по ///?с=59—62 единицам.
Таблица 127
Примерный расход газового карбюризатора и аммиака при газовом цианировании [8]
Тип печи Внутренние рабочие размеры муфеля в мн метр |глубина Расход Завод
карбюризатора аммиака В Л1М11Н.
250 400 40-50 капель пи-
робензола в мин. 2,0-2,5
Ц-25 300 450 60—70 капель ке-
росина в мин. 6,5 хтз
Ц-25 300 450 50—60 капель ке-
росина в мин. 1,5 ГАЗ
— 600 800 4 л[ми,ч естествен-
ного газа . . . 1,0 —
Ц-205 740 2000 160—180 'капель
пиробензола в мин. 6,0 —
Весьма прогрессивным является процесс газового цианирования в методических печах с использованием контролируемых атмосфер. На заводе имени Лихачева для обработки зубчатых колес коробки перемены передач машины ЗИЛ-164, изготовленных из стали ЗОХГ, применяется контролируемая атмосфера, получаемая в эндотермическом генераторе из городского газа. К этой атмосфере добавляют необработанный городской газ из расчета на 24—25 м^нас контролируемой атмосферы 3,4—4 мЧчас городского газа. Аммиак вводят в печь в количестве 10—15% общего количества газовой смеси (2,5—3,0 м3!час). Цианирование при 840° в течение 6 час. 40 мин. дает цианированный слой глубиной 0,6—0,8 мм (на поверхности слой содержит 0,9— 1% Си около 0,3% N). Для уменьшения деформаций и по
296
лучения светлой поверхности (проводится ступенчатая закалка в щелочной ванне. Режим обработки состоит из цианирования, подстуживания до 800—820°, охлаждения в щелочном расплаве при 180—200° с выдержкой 10— 15 мин. и охлаждения в масле или на воздухе, отпуска (при 180° в течение 1 часа) с получением Rc =58—62 единицам.
При низкотемпературном газовом цианировании, проводящемся для тех же целей, что и жидкое, для инструмента из быстрорежущей стали применяют смесь из 25—35% аммиака и 65—75% углеродосодержащего газа. В качестве последнего можно применять различные неактивные газы: их роль состоит только в разбавлении аммиака, так как цель процесса — в насыщении поверхности азотом. Способ получения углеродосодержащего газа весьма прост. Через трубчатую печь, наполненную раскаленным до 880—900° древесным углем, пропускают воздух. Получается газ следующего состава: до 35% СО, до 2% СН4, до 2% СО2, до 10% Н2, остальное N2. Для ускорения ’низкотемпературного цианирования рекомендуется проводить электрохимическое обезжиривание инструмента и вводить в муфель печи алюминиевую стружку.
Слой, полученный при высокотемпературном цианировании, напоминает собой цементированный. Отличие заключается в том, что на поверхности вследствие повышенного содержания азота наблюдается тонкая (до 0,03—0,05 мм) нетпавящаяся полоска, которая является карбонитридной фазой (типа е-фазы). В более глубоких слоях возможно присутствие 7'-фазы После закалки структура поверхностного слоя представляет собой азотистый мартенсит. Циа-'нированный слой имеет повышенные износоустойчивость и предел усталости, превосходя цементированный слой. Иногда для предотвращения обезуглероживания и некоторого повышения усталостной прочности проводят нагрев под закалку деталей в цианистых ванных с кратковременной выдержкой (20—30 мин.)
Низкотемпературное цианирование приводит к получению слоя глубиной в 0,01—0,04 мм, обладающего твердостью //V=1000—1050. Этот слой также имеет повышенную износоустойчивость и красностойкость, что приводит к увеличению стойкости при эксплуатации режущего инструмента из быстрорежущей и высокохромистой инструментальной стали.
297
ДИФФУЗИОННАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ
Под этим процессом понимается насыщение поверхностного слоя стали различными металлами. Делается это главным образом для придания поверхности особых физических свойств. Процесс именуется в зависимости от того, каким элементом производится насыщение: насыщение алюминием — алитирование, кремнием — силицирование, хромом— хромирование и т. д.
Диффузионная металлизация идет довольно вяло и требует для своего успешного проведения температуры более 1000° и длительного времени. Причина заключается в том, что в отличие от углерода и азота, металлы с железом дают твердые растворы замещения, которые образуются с большим трудом, чем твердые растворы внедрения.
В зависимости от среды, в которой производится металлизация, она бывает твердой, жидкой и газовой. При твердом способе детали помещаются в ящик и засыпаются смесью, состоящей из ферросплава (ферроалюминия, феррохрома и др. в зависимости от назначения процесса) и 2—5% хлористого алюминия (нашатыря). Добавляют также вещества, предохраняющие порошок от спекания. Химизм процесса заключается в следующем. При высокой температуре нашатырь реагирует с алюминием или другим металлом, с помощью которого ведут процесс:
3NH4C1 + Al А1С13 -h 3N + 6Н2.
Далее, при контакте с железной поверхностью из треххлористого алюминия выделяется алюминий в атомарном виде по реакции:
А1С13 + FeFeCI3 + AL
В результате металлизации на поверхности часто образуется очень концентрированный, но недостаточно глубокий слой, обладающий большой хрупкостью. Поэтому после металлизации применяют диффузионный отжиг примерно при 1000°, способствующий понижению концентрации алюминия (или другого металла) и позволяющий обеспечить более плавный переход от металлизированного слоя к сердцевине.
Жидкая диффузионная металлизация производится путем погружения деталей в расплавленный металл. Например, при алитировании детали погружают в жидкий алюминий при 750—-800° и выдерживают в течение 45—90 мин., что приводит к получению слоя до 0,3 мм. Здесь особенно заметно перенасыщение слоя алюминием, что способствует 298
большой хрупкости. Диффузионный отжиг обязателен, но и он не полностью устраняет повышенную хрупкость.
Наиболее прогрессивный — метод газовой диффузионной металлизации в средах, состоящих из хлоридов соответствующих металлов, получаемых различным способом. При контакте хлоридов с железной поверхностью происходит обменная реакция с выделением активного атомарного металла.
Применяется также гальванический метод металлизации с последующим диффузионным отжигом.
Алитированный диффузионный слой нормально состоит из твердого раствора и соединения Fe2Al5 и отличается повышенной твердостью (//V=400-j-450) и хрупкостью, имеет малую износоустойчивость.
В результате нагрева на поверхности слоя образуется тонкая пленка окиси алюминия А12О3, что способствует значительному повышению окалиностойкости. Алитированный слой хорошо ведет себя при нагреве и в сероводородной среде. Алитированию подвергают детали топливной арматуры, чехлы термопар, цементационные ящики и др. Пока наиболее распространены методы алитирования в порошкообразных смесях и жидком алюминии. Применяют также алитирование методом металлизации (табл. 128—431).
Хромированию обычно подвергают стали с повышенным содержанием углерода. В этом случае слой состоит почти из одних карбидов. Он обладает высокой твердостью (HV более 1300) и хрупкостью. Хромированный слой имеет высокую износоустойчивость и окалиностойкость (до 800— 850°), отличается химической стойкостью в азотной кислоте, растворах хлористого натрия и в некоторых других средах. Диффузионное хромирование применяется для разных видов инструмента и деталей — напильников, высадочных матриц, сопел, электродов и т. д. В основном применяются методы хромирования в порошкообразных смесях и газовое хромирование (табл. 132).
Силицирование (насыщение кремнием) приводит к получению на поверхности светлого нетравящегося слоя, представляющего собой твердый раствор кремния в Fea. Под диффузионным слоем иногда наблюдается скопление перлита, и далее идет 'структура, характерная для сердцевины. Слой имеет небольшую твердость, хрупок, порист, плохо обрабатывается резанием. Он имеет хорошую химическую стойкость в морской воде, в азотной, серной и соляной кислотах. Силицированный слой также имеет повышенную окалиностойкость (до 700—750°).
299
После предварительной пропитки маслом при 170—200° имеет повышенную износоустойчивость. Силицирование применяют для таких деталей, как трубопроводы, валики насосов, гайки, болты и т. д. Силицирование ведут в порошкообразных смесях: 60% ферросилиция с добавлением глинозема (каолина) и 1—5% NH4C1 при 1100—1200°. За 2—12 часов получается слой от 0,01 до 0,25 мм при 1100э и от 0,3 до 0,8 мм при 1200°. Применяют также газовое силицирование: изделия засыпают ферросилицием или карбидом
Таблица 128
Состав порошкообразных смесей для алитирования [8]
Наименование порошкообразных Количество составляю-
составляющих смеси* щих в смеси в вес. %
Ферроалюминиевый сплав ** . . 60
Окись алюминия (или каолин или
белая глина) *** . . 39,0 -39,5
Хлористый аммоний **** 0,5-1,0
Ферроалюминиевый сплав 99-99,5
Хлористый аммоний 0,5—1
Алюминий 50
Окись алюминия (или каолин или
белая глина) *** 49-49,5
Хлористый аммоний**”' 0,5-1
* Упаковка чистых деталей в смесь в железные или нихромовые ящики ведется так же, как и при твердой цементации, с той лишь разницей, что в крышке ящика оставляется небольшое отверстие для выхода газов.
При упаковке к отработанной смеси добавляется 10— 20% свежей смеси.
** Ферроалюминиевый сплав с зернами величиной около 0,3—0,5 мм должен содержать 37—47%- железа, остальное — алюминий.
*** Окись алюминия, каолин и белая глина добавляются для того, чтобы предотвратить сплавление порошка алюминия и спекание порошка ферроалюминиевого сплава.
**** Хлористый аммоний добавляется для ускорения процесса.
300
оо
Таблица 129
Применяемые режимы алитирования деталей в порошкообразных смесях [8]
Метод алитированн Наименование алитируемых деталей Температура алитирования Продолжительность процесса в час. Глубина слоя в мм Температура диффузионного отжига в °C 1родолжи-ельность тжнга в час. Глубина слоя после отжига в мм
1— н о
В порошкообразной Топливники газогене- 1100 12 0,7— — — —
смеси (99,5% ферроалю-миниевого сплава +0,5% хлористого аммония) раторных тракторов и автомобилей Трубы для паровых 1050 6 1,0 0,5—
котлов Детали паровозов 1050 6-8 0,6 0,5- . .
Колосники (чугунные) 975 4 0,7 900 3 0,25
о
to
Таблица 130
Применяемые режимы алитирования стали в расплавленном алюминии *
___________________________(А. Н. Минкевич)_______________________
№ п/п I Состав ванны Состав флюса* ** Температура ванны Длительность пребывания Метод уменьшения слоя налипшего алюминия Глубина слоя алюминия в мм Наименование деталей
ста ли в мин.
во флюсе при погружении в алюми- I НИИ во флюсе при выни-। мании 1 диффузионного налипшего
1 92—94 % А1 6—8% Fe*** — 660- 670 — 60 — — 0,08— 0,15 Более 0,5 мм Инструмент для литья цветных металлов
2 То же — 750 — 45 — — 0,25 Более 0,5 мм Различные трубы
* Алитирование в расплавленном алюминии выгодно отличается от алитирования в порошкообразных смесях кратковременностью, более низкой температурой и простотой осуществления операции. Недостатки процесса: налипание алюминия на поверхность деталей, малая устойчивость тиглей, в которых расплавляется алюминий, и небольшое растворение стальных деталей в алюминии.
** Назначение флюса — удаление с поверхности металла загрязнений, уменьшение окисления алюминия и улучшение очистки изделий от налипшего алюминия.
*** Железо вводится в ванну в виде железной или стальной стружки с целью уменьшения растворения стальных деталей в расплавленном алюминии.
Продолжение таблицы 130
№ п/п
Состав Состав СЗ,
ванны флюса** Темпера! ванны
Длительность пребывания стали в мин. Метод уменьшения слоя налипшего алюминия
во флюсе при погружении в алюминии во флюсе при вынимании
Глубина
слоя алю-
миния в мм
о Наименование
S со >> о а> 3 деталей
tg X X
X X сз
О X
Новые кратковременные режимы алитирования под слоем флюса
3 То же 35% NaCl, 35% КО, 20»/eZnCl2, 10% криолита 700 3 — Встряхивание в слое флюса 0,02-0,04 (чугун 0,01-0,02) 0,2-0,3 Поддоны д? я обжига пеносиликатного кирпича
То же Смесь щелочных хлоридов и фтористого аммония 730 3 10 сек. Обдувка сильной струей воздуха 0,02 — Головки клапанов
Со О со 5 80% алюминия 4-20 % никеля 50% NaCl+ 4-50% КС1 820 10 20 1 Действие центробежных сил в слое флюса (вращение со скоростью 100 об/мин) Сотые доли мм (29)
Таблица 131
Режимы алитирования стали методом металлизации поверхности алюминием с последующим диффузионным отжигом (А. Н. Минкевич)
Наименование операции Режим 1 । Режим 2 | Режим 3
Подготовка поверхности перед нанесением алюминия Пескоструйная или дробеструйная обработка
Металлизация поверхности алюминием Аппаратура Режим металлизации а) Электрические аппараты для металлизации марок ЭМ-3 и ЭМ-6, питаемые от сварочных трансформаторов (немного переделанных) марок СТ-2, СТ-34 и СТ-24; б) газовый металлизатор ГИМ-1 При работе на аппарате ЭМС-3 расстояние от сопла 75—150 мм, напряжение дуги 25—30 в, сила тока 60— 80 а и давление воздуха 5—6 ата При работе на аппарате ЭМ-6 расстояние от сопла 100—250 мм, напряжение дуги 35—40 в, сила тока 100—120 а, давление воздуха 5—6 ата
Обмазка металлизированной поверхности с целью предохра! ения алюминия от окис- Состав обмазки Графита серебристого 50%, игне-'порной глины 20%, кварцевого песка 30 % и жидко Графита серебристого 48%, огнеупорной глины 20%, кварцевого песка ЗО^.хлорис- На н остывающую поверхность наносится 10 20% раствора хлористого алюминия, за-
20 Справочник
Наименование операции
Подготовка поверхности перед нанесением алюминия
ления во время диффузионного отжига Толщина обмазки в мм Сушка обмазки в °C
Диффузионный отжиг Температура печи при посадке в °C Температура печи при выдержке в °C
____________________Продолжение таблицы. 131
Режим 1 Режим 2 | Режим 3
Пескоструйная или дробеструйная обработка
го стекла 20—25% веса первых трех составляющих того аммония 2% и жидкого стекла 20—25^ веса первых четырех со- ставляющих тем жидкое стекло и кварцевый песок После просушки производится вторичная обмазка жидким стеклом.
0,6-1,0 0,6-1,0 1-2
На воздухе, а при 100 i затем в печи —150°С—
— 500-600
900—950 1000 1200
Продолжение таблицы 131
Наименование операции Режим 1 | Режим 2 I Режим 3
Подготовка поверхности перед нанесением алюминия Пескоструйная или дробеструйная обработка
Длительность выдержки 1,0—1,5 часа 3 часа 15—40 мин.
Температура печи при выгрузке в °C — 500-600 —
Глубина диффузионного слоя в мм 0,1 0,25-0,50 0,9-1,0
Примечание. Режим 1 применяется на Волгоградском тракторном заводе при алитировании деталей тракторных газогенераторных установок, на Ногинском заводе топливной аппаратуры при алитировании опок и на других заводах.
Режим 3 успешно применялся на ЗИЛ при алитировании камер и газогенераторных автомобилей.
Таблица 132
Методы хромирования стали (А. Н. Минкевич)
Метод хромиро вания Материалы, применяемые для хромирования, или газовые среды* Температура хромирования в °C Продолжительность процесса в час. Глубина слоя
В порошкообразной смеси* а) 60% металлического хрома или феррохрома (50—60 меш.), 39% глинозема или каолина, 1% хлористого аммония Сталь 0,8 — 0,12 мм
б) 60% металлического хрома или феррохрома (50—60 меш.), 35% глинозема или каолина, 5% соляной кислоты (кислотой обрабатывается хром или феррохром до смешения их с глиноземом или каолином) 1050 6 Сталь 45— 0,025 мм Сталь У8— 0,045 мм Сталь У10 — 0,030 мм
В кера-миче кой массе Пеношамотный кирпич, пористый фарфор или другой пористый керамический материал (поры этих материалов предварительно заполняются хлоридами хрома путем обработки их в среде Н2 + НС1 при соприкосновении с феррохромом) 1050 5 Сталь 10— 0,10 мм
* Хлористый аммоний и соляная кислота добавляются для ускорения процесса. Вместо них удачно были применены также фтористый или йодистый аммоний. При применении последних ускорителей через печь пропускался водород.
20* 307
Продолжение таблицы 132
Метод хромирования
Материалы, применяемые для хромирования, или газовые среды
Глубина слоя
6
В газовой среде
Хром или феррохром, через которые пропускаются НС1 или смесь Н2 + НС1 (Н2 пропускается через конц ентрированпую
НС1)
В обоих случаях изделия щаться хрома ма ими
20% СгС12 + 80% ВаС12
могут поме-отдельно от или феррохро-или пересыпаться
980
Сталь Io-О. 10 мм
В жидкой ванне
1100
Сталь 10—0,01— 0,10 мм
4
кремния и пропускают через печь хлор для образования SiCh. Здесь за 2—4 часа при 1000° получается слой глубиной 0,5—1 мм.
Гораздо реже применяются другие способы диффузионной металлизации (цинкование, борирование и др.).
В последние годы разрабатываются методы диффузионной металлизации с использованием индукционного нагрева. Разработан новый метод кратковременного (60— 75 сек.) .высокотемпературного хромирования с применением пасты: 75% порошка феррохрома и 25% криолита Na2AlF4 с использованием в качестве связующего этилспли-ката. После выдержки при 1200° получается слой глубиной до 0,2 мм. Предложены способы одновременного насыщения азотом и хромом, а также углеродом, азотом и хромом.
Кроме описанных способов химико-термической обра-
308
богки, применяется сульфидирование (насыщение серой и азотом) и термообработка в атмосфере перегретого пара.
Сульфидирование способствует 'Повышению износоустойчивости, улучшает противозадирочные свойства металла при трении. Термообработка паром дает возможность также повысить износоустойчивость, способствует лучшему удержанию смазки, придает поверхности декоративный вид, повышает антикоррозионные свойства в ряде сред.
Цветные металлы и сплавы, в особенности титан и его сплавы, также начинают подвергать химико-термическои обработке.
ТЕРМИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЧУГУНА
Цель термической обработки чугуна — изменение его физико-механических свойств в желаемом направлении.
ОТЖИГ ДЛЯ СНЯТИЯ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ
Чугунные отливки имеют значительные напряжения, которые могут, если их не снять, привести к короблению, даже к образованию трещин. Особенно опасно коробление уже готовых, прошедших механическую обработку, деталей — это приводит к окончательному браку. Величина внутренних напряжений зависит от ряда причин. Чем больше перепад температур по сечению отливки при затвердевании и разность между температурой отливки и стенкой формы, чем ниже теплопроводность чугуна, тем величина внутренних напряжений больше. Высокий модуль упругости чугуна приводит к увеличению значения внутренних напряжений.
Во избежание коробления, отливки до механической обработки выдерживают на складе от 6 до 18 месяцев. Однако это приводит к снижению напряжений не более чем на 40—50% от первоначальных. Эффективным средством, снижающим напряжения, является «искусственное старение» (отжиг), заключающееся в медленном нагреве отливок до 500—600° с последующим медленным охлаждением вместе с печью до 200—450° и только затем на воздухе. Выдержку назначают из расчета 2 часа на каждые 25 мм толщины стенки отливки. При искусственном старении твердость и механические свойства остаются почти без изменения, в то время как внутренние напряжения снижаются на 80—90%, и тем интенсивнее, чем длительнее вы
309
держка. Более высокую температуру старения, особенно при повышенном содержании кремния, применять не рекомендуется: это может привести к графитизации чугуна. Для чугунов легированных хромом, никелем, молибденом, ванадием, температура нагрева может быть повышена до 630°.
Отливки из высокопрочного чугуна имеют большие напряжения, чем отливки из обычного серого чугуна. Поэтому их следует отжигать с большей продолжительностью выдержки.
В ряде случаев отливки из серого чугуна имеют поверхностный отбел. Возможен и сквозной отбел при заливке чугуна в металлические формы. Чугун в таком состоянии обладает высокой твердостью, хрупкостью, очень плохой обрабатываемостью резанием. Отжиг при 900—950° в течение 2—3 часов приводит к распаду первичного и значительной части структурно-свободного цементита. После выдержки охлаждение ведут на воздухе с тем, чтобы аустенит превратился в перлит. Начали применять и ускоренный графитизирующий отжиг в соляных ваннах при 1000—4050° в течение 5—10 мин.
В ряде случаев смягчающему отжигу подвергаются и отливки из серого чугуна, не имеющие отбела. После такого отжига уменьшается твердость и улучшается обрабатываемость резанием. В результате отжига происходит графитизация и частично сфероидизация цементита перлита, что и обусловливает указанные изменения. Обычный режим смягчающего отжига состоит в нагреве отливок до 680—750°, выдержки из расчета до 1 часа на 25 мм сечения, охлаждения с печью до 250—300° и далее на воздухе. Снижение твердости у чугуна со структурой зернистого графита идет медленнее, чем при структуре пластинчатого графита. Смягчающий отжиг, заметно снижая твердость и прочность, слабо повышает пластичность и ударную вязкость. Он благотворно отражается на обрабатываемости резанием, а также на повышении циклической вязкости. Смягчающий отжиг применяют и к отливкам из легированного чугуна. Надо помнить, что повышенное содержание в чугуне углерода и кремния делает отжиг более эффективным, так как графитизация перлитного цементита ускоряется. Такие же легирующие элементы, как хром, молибден, ванадий и марганец, увеличивающие устойчивость цементита, затрудняют процесс смягчающего отжига. Отжиг легированных чугунов по сравнению с нелегированными должен производиться при более высокой температуре и с более длительной выдержкой (табл, 133 и 134).
310
ЗАКАЛКА
Закалка с целью повышения твердости и износоустойчивости проводится для всех типов серого чугуна — обычного, ковкого, высокопрочного. Температура закалки, как всегда, на 30—50° выше критических точёй. Закалку неле-
Рис. 44. Влияние температуры закалки на твердость чугуна:
/ — легированный гильзовый; 2 И 5 — нелегированный серый;
4 — фосфористый.
гированного чугуна ведут в интервале 850—950° с
выдержкой от 0,5 до 3 часов. Повышение температуры закалки и увеличение выдержки в указанных интервалах способствуют более полному растворению углерода (графита) и получе
Рис. 45. Влияние выдержки на твердость ферритного чугуна после закалки:
1 — при 760°; 2 — при 800°; 3 — при 850°; 4 — при 900°.
нию повышенной твердости и износоустойчивости. Если выдержка недостаточна, то углерод не успеет раствориться в аустените, и произойдет неполная закалка. При этом твердость будет недостаточно высокая, твердость и структура — неравномерные. Нежелательна и слишком длитель
311
ная выдержка — не улучшая механических свойств, она способствует окислению отливок. Закалку чугунных деталей обычно ведут в масле. Эта закалочная среда обеспечивает не очень высокую критическую скорость закалки чугуна. Закаленные отливки подвергают отпуску. При повышении содержания углерода твердость закаленного чугуна снижается, что объясняется увеличением количества графита. Увеличение содержания кремния (при постоянном соотношении между количеством углерода и кремния) оказывает малое влияние на твердость. Легированные, а также высокопрочные чугуны дают более высокую твердость после закалки и имеют повышенную прокаливае-мость. Последняя также увеличивается с ростом зерна чугуна. В некоторых случаях проводится также закалка ковких чугунов с целью получения сорбитной или троосто-сорбитной структуры металлической основы (рис. 44 и 45).
Таблица 133
Влияние низкотемпературного отжига при 760° на свойства различных чугунов [11]
НВ }мм2 Присадка легирующих элементов к исходному чугуну в %
в литом состоянии после отжига Сг Мо Си Ni V
143 26,3 19,0 Нелегированный исходный чугун
217 32,0 31,0 0,61 0,65 — —
207 35,0 30,0 0,47 0,43 0,52 — —
2)7 29,0 28,0 0,56 — — — —
201 30,2 26,8 0,50 — 0,52 — —
197 38,6 29,8 0,49 0,43 — 1,45 —
187 36,8 26,3 — 0,54 0,65 —
179 33,8 28,1 — 0,47 — — 0,13
156 32,0 24,2 0,49 — — 1,45 —
156 35,15 23,2 — 0,54 — 0,66 —
156 28,8 21,4 — — — 0,12
149 29,0 21,0 — — — 1,72 —
146 30,9 22,0 — 0,47 . — —
143 30,5 21,0 — — 1 1,80 — —
312
НОРМАЛИЗАЦИЯ
Нормализация применяется для повышения механических свойств и износоустойчивости чугуна. Это достигается за счет образования перлитной структуры металлической основы чугуна. Нормализации подвергают чугунные отливки с исходной неблагоприятной ферритной или ферритноперлитной -структурой, а также отбеленные отливки с ле-дебуритноперлитной структурой. Отливки нагревают до 850—950° и после выдержки (до 1 часа на 25 мм сечения) охлаждают на воздухе. При нагреве и выдержке происходит частичное растворение графита в аустените. Последующее сравнительно быстрое охлаждение приводит к получению перлитной структуры металлической основы. Сложные по форме отливки лучше охлаждать на воздухе до 500°,
Таблица 134
Рекомендуемые режимы отжига серого чугуна [111
Тип отжига Применение (назначение) отжига Температура в °C Выдержка на 25 мм сечения отливки Скорость охлаждения
Низкотемпературный Средне-температурный Высокотемпературный То же Распад перлита на феррит и графит у простых и низколегированных чугунов для улучшения обрабатываемости Распад перлита на феррит и графит у легированных чугунов Разложение свободных карбидов в отбеленном и половинчатом чугунах для получения оптимальных прочности и твердости Максимальное повышение обрабатываемости 700- 760 780— 900 900— 960 900— 960 45-60 мин. Около 45 мин. 1-3 час. 1-3 час. В интервале температур 550 — 300° вместе с печью со скоростью 38°С в час До 300°С вместе с печью До 550° С охлаждения на возаухе, затем до 300°С вместе с печью До 300°С вместе с печью
313
а затем для уменьшения внутренних напряжений — в печи со скоростью не более 50°/час. Повышение температуры нормализации и удлинение выдержки приводит к увеличению количества связанного .углерода. Чем больше в чугуне кремния и чем меньше марганца, тем количество перлита после нормализации будет меньше. В некоторых случаях нормализация проводится при 860—*880° с целью превращения ковкого или высокопрочного ферритного чугуна в перлитный ковкий или высокопрочный. Нормализация может успешно применяться и взамен более трудоемкого отжига для смягчения отбеленных отливок.
Таблица 135
Твердость закаленного чугуна* [11]
Услови Обычный серый чугун Легированный сЖ-Мо Условия Обычный серый чугун Легированный чугун Сг-ЛГ
С в % св С в ° св НВ CQ «О и НВ CQ «О о4" НВ
217 0,70
255
После закалки с температуры
760
В литом состоянии
После закалки с температуры
650
675 705 733
0,00
137 0,45
197
0,54 0,38 0,09 0,09
207 0,65
187 0,63
170 0,59
143 0,47
250
241
229
217
788
816
844
868
0,05
0,47
0,59
0,67
143
269
444
477
0,42 0,60 0,69 0,79
207
444
514
601
* Образец диаметром 30 мм, длиной 50 мм\ закалка в масле.
314
Рис. 46. Изотермическое превращение чугуна с 2,90% С; 1,20% Мп; 1,90% Si; 0,38% Р; 0,2%' Сг и
0,2% Ni (нагрев 850—860°).
Рис. 47. Влияние температуры ванны на твердость чугуна после изотермической закалки
ПИ:
/ — перлитный высокопрочный; 2 — ферритный высокопрочный; 3 — ковкий; 4 — серый перлитный; 5 — серый ферритный.
Большой производственный интерес представляет изотермическая закалка. Технологический процесс при этом состоит в нагреве изделий до 830—900° с выдержкой от 10 до 90 мин. в зависимости от исходной структуры и охлаждения в жидкой среде. Температура и время выдержки выбираются в зависимости ог того, какую структуру желают получить (игольчатый троостит, троостомартенсит, троостит). Каждой структуре соответствует определенная
_______£
8 мин
17мнн
6504
340
I \—г\75°С
время
750
500
?5О-
4 /ООО Г
87ОЧ
5 JHUH
О
время
Рис. 48. Режимы изотермической закалки чугуна:
I — на игольчатый троостит; 2 — на троостомартенсит.
твердость и другие свойства. Требуемые температуры и выдержки определяются на основании диаграмм изотермического превращения аустенита для данного типа чугуна (рис. 46). Иногда изотермическое превращение не доводят до конца. В этом случае непревращенный аустенит превращается при охлаждении в мартенсит и структура может состоять из троостита и мартенсита. Возможно также сохранение некоторого количества остаточного аустенита.
Изотермическая закалка способствует уменьшению напряжений. Это приводит к уменьшению коробления, предотвращает образование закалочных трещин. Эта закалка по сравнению с обычной в большей степени способствует повышению прочности и износоустойчивости. Она весьма эффективна для деталей из серого высококачественного чугуна с небольшим сечением (до Ю— 15 мм) ив особенности для деталей из высокопрочного (магниевого) чугуна, где высокая прочность сочетается со значительной ударной вязкостью (рис. 47, 48 и 49).
816
Рис. 49. Кривые различных 1 — перлитный чугун; й 1,7% Ni; 3 — чугун 4 — чугун с 0,7% Мо; « и 3%Ni; 6 — чугун с
прокаливаемости чугунов:
2 — чугун с 0,7 % Сг с 0,35 % Сг и 3%Си; > — чугун с 0,95% Сг 1,3% Ni и 0,9% Мо,
ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА
Поверхностная закалка чугунных деталей имеет распространение особенно при высокочастотном поверхностном нагреве. Закономерности структурных превращений в общем те же, что и в стали. Однако наличие в структуре
317
выделений графита придает обработке некоторую специфичность.
При высокочастотной закалке серых, ковких и высокопрочных чугунов термический режим выбирается в зависимости ют первоначальной структуры металлической основы чугуна.
Закалку перлитных чугунов всех типов ведут при индукционном высокочастотном нагреве с 850—900°. Поверхность при этом имеет весьма мелкоигольчатый мартенсит. Переходная зона получается малой, что связано с узким интервалом перлитного превращения. Превышение оптимальной температуры закалки приводит к тому, что в структуре изделия образуется игольчатый мартенсит, отличающийся повышенной хрупкостью, а также остаточный аустенит. Все это способствует снижению твердости и износоустойчивости. Наличие в исходной структуре обычного серого перлитного чугуна структурно свободного феррита в количестве более 10%' недопустимо. Дело в том, что это повышает опасность образования трещин и ведет к появлению междендритного или сетчатого графита. Нежелателен феррит и потому, что в исходном чугуне графитные включения в виде розеток располагаются на фоне феррита. При скоростном индукционном нагреве такой графит не успевает раствориться в феррите (аустените), и в этих местах после закалки бывают мягкие пятна. Обычно суммарное содержание углерода и кремния в чугунах для поверхностной закалки должно быть в пределах 4,7--7-5,5% при количестве связанного углерода не менее 0.5—0,6%. Закалку проводят в воду или в подогретую эмульсию, подаваемую через спреер на разогретую поверхность закаливаемой детали. Более однородные результаты дает поверхностная закалка при дисперсной структуре металлической основы. Твердость после поверхностной закалки перлитного чугуна составляет //В = 450~г600, а глубина выбирается в пределах 1,4—4,0 мм. Поверхностная закалка ферритных чугунов должна проводиться при нагреве до 1050° и удлиненной выдержке. Это вызвано необходимостью растворения углерода (графита) в аустените. Если температура недостаточна или выдержка мала, то аустенит не успеет обогатиться углеродом до требуемого содержания, и мартенсит окажется сосредоточенным вокруг графитных включений, являющихся источником углерода. Слишком высокая температура нагрева вызывает образование трещин при последующей закалке. Кроме того, при скоростном нагреве, характерном для обработки токами высокой часто-318
ты, возможно неравномерное содержание углерода в аустените. Это приводит к получению неоднородного содержания углерода при нормальных температурах, а также к появле-
°С
/100
1050
/ООО
I
I 950
I
в ж
I
850
800
EV WWW WVWyVA4V>*z4TOUlWV W 'отенсищ ;леоеотт m> K^KWPurn^ggg&g^
литлмелноигольчотыш*^
Мартенсит (бесструктурный) t графит
^ерм^
XXXXXXbSS^^^//^ ^/^(бесструктурныйr,*7% /^ер'лйт^бМуйРОФит/
^е^оесструнту^ перлит (ww+rpa/gp.
Перлит* графит
Мартенсит (-85%) * Феррит* гротит
НБ
'^ортешп^Т^о^^е^ тратит^^^^^
^^^^7/77 (2(k30. %J*\
/брит-
Феррит чГРОФит Н6
ТЫ1
ЮО гоо 30O 900 100 000 300 "С/сек
Средняя с корд с mt нареза
<Р Г)
Р.ис. 50. Структурные диаграммы закалки т. в. ч.: а — для серого перлитного чугуна; б — для ковкого ферритного чугуна (П. И. Русин).
нию остаточного аустенита. Уменьшение скорости индукционного нагрева с целью избежания указанных /недостатков приводит к получению закаленного слоя сравнительно большой глубины. Это лишает возможности проводить поверхностную закалку тонкостенных деталей. Обычно применяют поверхностную закалку токами высокой частоты на относительно большую глубину (больше 5 мм) деталей из
319
ковкого и высокопрочного чугуна. Имеющийся в структуре таких чугунов графит с хлопьевидной или шаровидной формой снижает склонность к образованию трещин при нагреве ферритного чугуна до сравнительно высоких температур.
При выборе режима нагрева весьма удобно пользоваться структурными диаграммами, дающими возможность выбрать наиболее благоприятный режим (рис. 50),
Рис. 51. Изменение твердости по сечению чугунных деталей после поверхностной пламенной закалки (Пивоварский):
1 — нелегированный чугун; 2 — легированный Мо; 3 — легированный Сг, Ni и Мо.
Поверхностная высокочастотная закалка успешно применяется для закалки гильз цилиндра двигателей внутреннего сгорания, тормозных колодок, направляющих станин металлорежущих станков и др.
Меньшее применение, чем индукционная, имеет пламенная поверхностная закалка (рис. 51). После любого вида поверхностной закалки необходим отпуск. При индукционной закалке начали применять и процесс самоотпуска.
ОТПУСК ЗАКАЛЕННОГО ЧУГУНА
Чугунные детали, прошедшие объемную или поверхностную закалку, должны обязательно подвергаться отпуску, чтобы снять внутренние, остаточные напряжения, снизить твердость, повысить прочность и пластичность. Следует иметь в виду, что отпуск до 150—180° мало отражается па 320
45
35
25
HRC
55
<00 300 500
Температура omnytffo
механических свойствах и его цель—только снятие внутренних напряжений. Кремний, а также легирующие элементы увеличивают устойчивость мартенсита против отпуска. Детали, работающие на износ, обычно отпускают на 250—300°, другие конструкционные детали—-на 400—600°. Выдержку при температуре отпуска выбирают, исходя из 1 часа на каждые 25 мм, толщины отливки (рис. 52). Чугуны, легированные хромом, марганцем, никелем, склонна к отпускной Хрупкости 2-го рода (при отпуске на 500—600°). Это явление устраняет легирование молибденом или вольфрамом.
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА КОВКОГО ЧУГУНА
Отжиг отливок белого чугуна приводит к его графитизации и к получению относительно вязкого и хорошо обрабатываемого
Рис. 52. Влияние температуры отпуска на твердость закаленных чугунов:
1—3 — перлитный», перлитнофер-ритный и ферритный чугуны с шаровидным графитом; 4 — серый перлитный чугун.
резанием ковкого чугуна. Лучшие результаты получаются при содержании в исходном белом чугуне углерода не более 2,8%, что требует перегрева чугуна до 1450—1500°. Плавку в таких случаях производят не в вагранках, а в электрических печах или дуплекс-процессом. Приме-
нение высокоуглеродистого ваграночного чугуна вызывает необходимость соблюдать окислительный (обезуглероживающий) режим отжига, при котором углерод выгорает на определенную глубину. В результате, этого структура по сечению отливок становится неоднородной: с поверхности она получается ферритной, затем постепенно (к сердцевине) переходит в ферритноперлитнографитную. В сердцевине структура перлитнографитная. Для такого отжига отливки из белого чугуна засыпают железной рудой, нагревают и длительно выдерживают при 1000—1050° (продолжительность до 150 часов). Те же цели имеет более 'прогрессивный метод: отжиг в газовой смеси СО СО2 =1:2 или смеси воздуха и водяного пара, что значительно экономит время.
21 Справочник
321
Часто отжиг производится в нейтральной атмосфере, и, его цель—только графитизация цементита («графитизирующий отжиг»). Состав белого чугуна, применяемого для получения ковкого чугуна, при таком отжиге должен быть примерно следующий: 2,4—2,8% С; 0,08—0,1% S; 0,3—0,4% Мп; до 0,2% Р; до 0,06 % Сг. Содержание кремния устанавливается в пределах 0,8—4,4%. При необходимости отжига массивных отливок для предупреждения их графитизации при литье, то есть при получении белого чугуна, добавляют около 0,1 В или Те. Хорошие результаты дает отжиг массивных отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Примесь хрома при этом нежелательна — она затрудняет процесс. Графитизацию белого чугуна с получением ферритного ковкого чугуна производят в две стадии. При первой происходит разложение структурно свободного первичного цементита, а при второй графитизируется вторичный и перлитный цементит. Следует иметь в виду, что вторая стадия может протекать и не при постоянной температуре (немного ниже эвтектоидной), в условиях медленного охлаждения в эвтектоидном интервале температур, то есть при 770—720°.
В последнем случае процесс графитизации идет несколько быстрее, чем в первом. Повышение температуры первой стадии графитизации должно благоприятно отражаться на ускорении процесса. Однако температура выше 1080° приводит к получению неблагоприятной формы графита. Поэтому первую стадию графитизации ведут примерно при 1000°. Общее время отжига для получения ферритного ковкого чугуна 80—100 часов и колеблется в зависимости от конструкции и типа печей, способа укладки и т. д. При получении перлитного ковкого чугуна время отжига меньше, так как графитизации перлитный цементит не подвергают. Ускорение процесса графитизации, сокращение времени отжига требуют соблюдения следующих условий: 1) повышения содержания кремния в чугуне; 2) модифицирования чугуна алюминием, бором, висмутом, ферросилицием, магнием, силикокальцием; 3) обработки чугуна шлаком путем регулирования его состава при плавке; 4) повышения температуры перегрева жидкого чугуна; 5) предварительной закалки отливок; 6) предварительной выдержки отливок при температуре 350—400° в течение 6—8 часов; 7) отжига без упаковки отливок — в печах с нейтральной атмосферой в жидкой среде.
Наиболее часто, с целью ускорения отжига, проводится модифицирование белого чугуна алюминием (с получе-322
нием в чугуне около 0,015% А1). Давая оксиды и нитриды, алюминий парализует антиграфитизирующее действие кислорода и азота. В дополнение к модифицированию делают выдержку при 350—400° в течение 6—8 часов. На автозаводе имени Лихачева применяют дисперсионный метод отжига, заключающийся в предварительной закалке отливок из белого чугуна в воде или масле. Такая закалка делает структуру мелкозернистой и создает большие внутренние напряжения, способствующие ускорению процесса графитизации. Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения разработал метод сокращения длительности отжига путем проведения первой стадии графитизации при 1030—1050° в расплавленных солях (75% ВаС12+25% NaCl) в Течение 1—Q, часов. После этого вторую стадию графитизации проводят в камерной электропечи по режиму: 1) нагрев до 710—720° с выдержкой в течение 8 часов; 2) охлаждение в печи до 600° и далее на воздухе. Время для получения ковкого ферритного чугуна — 15—20 часов.
Указанные методы применяются главным образом к мелким отливкам. Отжиг крупных отливок ведут в электрических или пламенных печах. При отжиге в последних детали надо помещать в горшки и засыпать песком. Внедрены ускоренные способы отжига в горшках и без упаковки изделий в песок. В этом случае используются горшки с песочными затворами, которые изолируют изделия от сильного воздействия печных газов. При отжиге в электрических печах упаковка в песок и применение горшков не требуются, особенно в печах с нейтральной, контролируемой, атмосферой.
Некоторые данные применяемых режимов даются в табл. 136 и 137 и на рис. 53.
В машиностроении наиболее распространены ферритные ковкие чугуны. Перлитные отличаются большей прочностью, но меньшей вязкостью. Применяют ковкие чугуны, обладающие повышенной прочностью и вязкостью (авр до 50—60 кг/мм2 и Ь до 10—15%). Такие чугуны имеют повышенное количество марганца (до 0,9%), при второй стадии графитизации в них происходит сфероидизация перлита, то эсть образуется структура металлической основы — зернистый перлит.
Применяют также легированные ковкие чугуны: 1) ти-таномарганцевый (до 1,5%Мп и 0,06—0,1 Ti), обладающий повышенной прочностью и износоустойчивостью; 2) марганцевомедистый (до 1,2% Мп и до 1,5% Си), соче-21* 323
Таблица 136
Режимы отжига белого чугуна на ковкий ферритный [6]
Тип печи Содержание кремния в чугуне в % Продолжительность отжига в час.
нагрев первая стадия 900-1000° а> я® © £ и м * Ф = о Я Е t=( ч Я О S S Й Ё втооая стадия 780-700° или 720° I охлаждение от второй стадии до комнатной температуры всего
Камерная 0,8-1,0 12- 30-40 5-20 30-40 12-24 50 —
на разном 1,0-1,2 36 24-36 24—36 120
топливе более 20-30 10-30
1,2
Непрерыв- 0,8-1,0 16- 24-40 8-16 24-40 6-8 72 —
но действу- 1,0-1,2 24 20-30 20-36 100
ющая на ма- более 16—24 16-30
зуте или газе 1,2
Электро- 0,8-1,0 8- 20-36 2-4 20-40 до 6 32—
печь, камер- 1,0-1,2 24 16-30 16-36 90
ная или не- более 12-24 10-30
прерывного 1,2
действия
Соляная Ь0 —1,4 — 0,5- камер- — 15-
ванна в ком- 1 - 1,0 ная 20
бинации с печь
камерной 12-18
печью
Таблица 137
Продолжительность отжига белого чугуна на ковкий перлитный [6]
Тип печи Содержание кремния в чугуне в Н П] нагрев родолжитель первая стадия графитизации 900 1000° ность отжиг промежуточная стадия до 680° а в час.
Камерная 0,7-1,1 12—24 40-60 16-24 70-110
324
Завод
Режим отжиге
Содержание кремния и углерода
Технико-гкономические показатели
Завод
Режим отжига
содержание кремния и углерода
Техника-Экономические показатели
mternot/onol Harvester Методическая печь с радио -ауоиными 1 Ридами
ГАЗ
МАЗ
МОСК зил
Урал 3UC
035-115
7Б(Г
2.4-2.6V20-U37
2.45-2$
(/0(30
2.4-2,6
(20-635
518 квтч
Толщина отливок а) до 25 мм б) более 25 мм
52 час (48-50)
Роавдмекнш Ноте | i рол * § едет $ |
37°* Я31Г951Г \ 740* 720Г
50-52 чк 743*
2Ж. 62 we 174? 77
62 час
___720"
5Z7
Рааадяинйн
0.070
(Q062)
Закалочная злектричес-коя отжиге тельная 9-тоннаяяечь
Моск Зил Тоннельная печь
400 квт-ч
Люберецкий завод
Тоннельная печь
350 квг ч
нои-роя единиц ~14Г квт-ч.
Шг
650
г“
ооо*..
47 5 чае
45-50 чОс
„Кр. Аксай' Не зяектричес-коя камерная печь ютонн
РСМ Тоннелиная печь
~\2.5r2?5\(l95-lj5
N ?0 4^,-8-Л ?5-|с 1
ЦНИИТМАШ I стадия Q соляная " ванна Я
Л стадия ] газовая | печь
Толщине • отливок до 20 мм
Хром 0.3%
(365)
473
506
465 квт-ч
466
15 ~~Ю
12-
Рис. 53. Практические режимы отжига ковкого чугуна в различных печах [11].
Таблица 138
Режимы закалки и отпуска ковких чугунов [6]
Марка чугуна Режим закалки Режим отпуска
диаметр детали в мм температура закалки в град. время нагрева в мин. охлаждающая среда твердость после закалки HRC температура отпуска в °C о CS <м Я S « X о И С и условия охлаждения Твердость после отпуска hRc
КЧЗО-6 20 910-930 13 Вода 52—57 150-170 60 На воз- 51-55
духе
КЧЗЗ-8 К435-10 25 910-930 15 52-57 380-400 75 37-42
К437-12 15 910-930 10 53-57 530-550 45 24—27
КЧЗО-З 10 860-880 7,5 Вода 54-58 150—170 30 На воз- 52-56
КЧ35-4 15 860-880 11 54-58 380-400 45 духе 37—42
КЧ40-3 20 860-880 15 54-58 530-550 60 24—27
ПФКЧ40-2 20 820-840 17 Вода 55-59 150—170 60 На воз- 54 -58
ПФКЧ40-5 25 820-840 21 55-59 380-400 75 духе 38—43
ПФКЧ50-3 30 820—840 25 55-59 530-550 90 25—28
Таблица 139
Характеристика химико-термической обработки чугуна [5, 11, 61 и др.]
2 а Е Характеристика процесса Свойства слоя Примечание
1 I. Азотирование Прочностное азотирование проводится в среде аммиака (степень диссоциации около 30%), при 550—580° в течение 30—70 час. Глубина слоя до 0,4 мм Обладает высокой твердостью (до HV-1000 у легированных чугунов), износоустойчивостью, коррозиоус-тойчивостью в воздушной среде 1. Лучшие результаты получаются после предварительной закалки или нормализации с последующим отпуском при 600° (улучшение), обеспечивающей сорбитообразную структуру 2. Применение легированных чугунов гораздо более эффективно, чем обычных. Получило распространение азотирование высокопрочного чугуна (с шаровидным графитом) 3. После азотирования наблюдается закономерное увеличение объема, которое может
со Продолжение таблицы 139
и/н Характеристика процесса Свойства слоя Примечание
быть учтено
2 Антикоррозионное азотирование проводится при 500—700° в течение 0,5—1 час. Глубина слоя до 60 мм
II. Алитирование
3 Применяют: а) твердое алитирова-1ие в порошкообразной смеси: А1, \12О3 и NH4C1 — при 900—1000° в ечение 6 часов; б) жидкое алитирование— в расплаве алюм.иния при J0—900° в течение 20—30 мин.; ) газовое алитирование: в парах в меси с другими газами при 1050° в ечение 2 час.
В зависимости от времени глуби-а слоя составляет от 0,1 до 0,4 мм
Имеет коррозиоус-тойчивость в воздушной и некоторых других средах
Слой имеет (особенно после жидкого алитирования) высокое содержание алюминия, иногда до 90—95%. Поэтому часто проводят диффузионный отжиг при% 1000—1100°
Алитированный слой имеет высокую окали-'Ностойкость, ростоустойчив, обладает кор-
Применяются любые виды чугунов.
1. Перед алитированием детали рекомендуется тщательно очистить (протравить), обезжирить, промыть и просушить
2. Необходимо защитить поверхность (зеркало) в жидкой ванне от окисления. Делается это добавкой флюса: 35% NaCl, 35% КС1,
Продолжение таблицы 139
оо to
№ п/п Характеристика процесса Свойства слоя Примечание
III. Диффузионное хромирование розиостойкостью в среде сероводорода 20% ZnCl2, 10% Na3AlF6. Вначале дают первые два компонента, а после их расплавления — остальные
4 Применяется преимущественно твердый процесс: детали упаковываются в смесь, состоящую из порошка малоуглеродистого феррохрома, просеянного через сито 60 меш. (50—60%), глинозема (35—45%) и хлористого аммония (4—5%), и нагреваются до 1000—1050° с выдержкой до 25 час. Глубина слоя составляет 0,02—0,05 мм (для ковкого чугуна до 0,20 мм) В слое содержится до 35% хрома, и его структура состоит из железохромистых карбидов. Твердость слоя HV = 1100—1600. Слой обладает высокой твердостью, износоустойчивостью, окалиностойко-стью, химической стойкостью в ряде сред. Слой имеет достаточную вязкость, не отслаивается 1. Начинает применяться газовое хромирование, сокращающее продолжительность процесса 2. Объемная деформация при хромировании сравнительно мала
330
Характеристика процесса
IV. Сульфидирование
5
Проводится при 125—250° в ванне, состоящей из NaOH, NaCl, ВаС12 и др. и серосодержащих солей Na2S и катализаторов. Процесс ведется при 750° в течение нескольких часов с получением слоя глубиной 0,1— 0,3 мм
Продолжение таблицы 139
Свойства слоя
Примечание
С у л ь филированный слой снижает коэффициент трения и износ деталей и, главнЪе, устраняет возможность I задирки (повышает «про тивозадирочные» свойства)
тающий износоустойчивость и химическую стойкость); 3) хромоникелевый (например, 0,3% Сг, ,1% Ni) и хромокремнистые с повышенной прочностью; 4) аустенитные (например, 2,3% С, 2,0% Si, 1,25% Мп, 0,1 ОД* Р, 0,120/nS, 15% Ni, 6% Си и 3% Сг), являющиеся немагнитными и коррозиоустойчивыми, и т. д.
Сведения о термической обработке отливок из ковкого чугуна даются в табл. 138.
Данные по химико-термической обработке чугуна приводятся в табл. 139.
VI. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ И ИХ ТЕРМООБРАБОТКА
Алюминий — легкий металл, обладающий невысокой прочностью, повышенной пластичностью и электропроводностью. Окисляясь, корродируя на воздухе, алюминий образует окисную пленку, состоящую из А12О3. Эта пленка обладает пассивирующими свойствами, предохраняя нижележащие слои металла от окисления. Обычно алюминий содержит примеси кремния и железа. Они повышают прочность, но сильно снижают пластичность. Особенно вредной примесью является железо, которое дает соединение FeAl3, затрудняющее обработку давлением. Примеси также ухудшают электропроводность и сопротивление коррозии.
Алюминий применяется для малоответственных деталей. Высокая пластичность этого металла позволяет изготовлять из него методами холодной обработки давлением — вытяжкой, прессовкой, вальцовкой — такую продукцию, как трубы, листы, проволока и т. д.
Для получения максимальной пластичности алюминий подвергают отжигу. Повышение прочности достигается нагартовкой с большой степенью обжатия.
Для получения высоких механических и технологических свойств применяют на основе алюминия сплавы, которые делятся на две группы.
Деформируемые сплавы. Они характеризуются наличием в структуре твердого раствора и отсутствием эвтектики. Если при этом наблюдается ограниченная растворимость в твердом состоянии, то такие сплавы упрочняются путем термической обработки (табл. 140).
332
Литейные сплавы. В их структуре, как правило, наблюдается эвтектика, что значительно улучшает многие литейные свойства (табл. 142).
Деформируемые сплавы в свою очередь также делятся на две группы.
Сплавы, не упрочняемые термической обработкой. Легирование алюминия магнием или марганцем способствует его упрочению без термической обработки. Большой эффект наблюдается при нагартовке подобных сплавов. Добавка марганца придает таким сплавам повышенные антикоррозионные свойства.
Сплавы, упрочняемые термической обработкой. Известно, что термическая обработка возможна при условии, если имеется ограниченная растворимость одного компонента в другом, изменяющаяся с понижением температуры. В этом случае возможно получить путем быстрого охлаждения неравновесное состояние с фиксацией пересыщенного твердого раствора.
Наибольшее значение имеет система А1 — Си, где наблюдается при определенном содержании компонентов ограниченная растворимость. При комнатной температуре растворимость меди в алюминии составляет* около 0,5%. С повышением температуры растворимость увеличивается, достигая при эвтектической температуре 5,7%. Медь находится в технических сплавах в виде химического соединения СиА12, которое соответствует 54% меди. Эвтектика содержит 33% меди и плавится при 548° В равновесных условиях при содержании меди до 0,5% структура состоит из одних кристаллов a-твердого раствора.
Если количество меди составляет от 0,5 до 5,7%, то структура получается двухфазная.
При содержании меди более 5,7% в структуре появляется эвтектика. Структура доэвтектического сплава при этом будет состоять из эвтектики ( а + СиА12) + а + СиА12.
•Сплавы с содержанием меди менее 0,5% не упрочняются при быстром охлаждении, так как у них в этом случае растворимость не меняется. Эти сплавы можно упрочнить только нагартовкой. Сплавы с 0,5—5,7% меди относятся к деформируемым сплавам, упрочняемым <при термообработке. При нагреве таких сплавов выше ограниченной (предельной) линии растворимости происходит растворение соединения СиА12 в алюминии и образуется однофазный «-твердый раствор. Если сплав быстро охладить, то СиА12 не успеет выделиться, и при комнатной температуре
333
Таблица 140
Составы алюминиевых деформируемых сплавов
Марка сплава Химический состав в % А1
Си Mg Мп Si Прочие
АМц 1,0-1,6
АМг — 2,0-2,8 0,15-0,35 —. —
АМг5п — 4,7-5,7 0,2-0,6 — —
Д1 3,8-4,8 0,4—0,8 0,4-0,8 — —
Д6 4,6—5,2 0,65-1,0 0,5-1,0 — —
Д7 3,0-4,0 0,25-0,5 0.25-0,5 — —
Д16 3,8-4,9 1,2-1,8 0,3-0,9 — —
Д1П 3,8-4,5 0,4-0,8 0,4-0,8 — —
дзп 2,6-3,5 0,3-0,7 0,3-0,7 — —
Д16П 3,8-4,5 1,2-1.6 0 3-0,7 — ——
Д18П 2,2-3,0 0,2-0,5 — — —
АВ 0,2-0,6 0,45-0,90,15-0,35 0,5—1,2
АК — — — 4,5-6,0 —
АК2 3,5-4,5 0,4-0,8 — 0,5-1,0 Никель 1,8—2,3; железо 0,5-1,0 л ь и о е
АК4 1,9—2,5 1,4-1,8 0,5-1,2 Никель 1,0-1,5; железо 1,1 -1,6 Оста
АК4-1 1,9-2,5 1,4—1,8 Никель 1-1,5; железо 1,1-1,6
АК6 АК8 1,8-2,6 3,9-4,8 0,4-0,8 0,4—0,8 0,4-0,8 0,4-1,0 0,7-1,2 0,6-1,2 —
АЛД — 0,5-0.9 — 0,8-1,0 Железо 0,2-0,5
Д12 — 0,8-1,3 0,9—1,4 —
В95 1,7 2,3 0,4 — Цинк 6,0; хром 0,2
npiHiM еч а 1н !И е. В марках АМг и АВ марганец может быть заменен хромом в том же количестве.
334
будет наблюдаться пересыщенный твердый раствор CuAh в алюминий. Степень этого пересыщения представляет собой х%—0,5%, где х — количество меди в сплаве. По сравнению с отожженным, исходным, состоянием закалка приводит к некоторому повышению прочности. Однако основное повышение (прочности происходит при старении, отпуске в условиях комнатной температуры или температуры до 100—150°.
В первый период естественного старения (рис. 54 и 55) повышение прочности почти не происходит. Это — «инкуба-
Рис. 54. Типичная кривая изменения* прочности при естественном старении алюминиевого сплава (А. П. Гуляев).
ционный» период. Он длится при естественном старении 2—3 часа. В этот период сплав обладает еще значительной пластичностью, что позволяет проводить ряд технологических операций: расклепку заклепок, пайку. После инкубационного периода прочность с течением времени возрастает, достигая максимума через 4—5 суток, и уже не изменяется. Повышение температуры способствует ускорению процесса старения. Но надо помнить, что чем выше температура старения, тем ниже максимальная прочность (рис. 55). При температурах выше 150° и превышении оптимальной выдержки наблюдается разупрочение.
После закалки атомы меди расположены в случайных местах кристаллической решетки. В начальный период старения они находятся в перенасыщенном твердом растворе, собираются в определенных местах кристаллической решетки, образуя зоны (зоны Генее—Престона) с повышенным содержанием меди, обнаруживаемые путем рентгеностр¥к-
335
турного анализа. Эти зоны представляют собой очень тонкие пластинчатые диски толщиной в несколько атомных слоев. Образование зон приводит к значительным искажениям кристаллической решетки и к повышению прочности. Эти явления происходят при естественном и искусственном старении до 100°. Если температура старения лежит в районе 150—200°, то протяженность пластин bhvtdh зон увеличивается с 50 А до 100—400 А. Таким образом создаются условия для образования соединения СиА12, что приво-
уже соответствует химическому соединению. Следовательно, образуется новая фаза, называемая 0-фаза. Она имеет уже иную кристаллическую решетку в сравнении с твердым раствором меди в алюминии, но когерентно связана с последним. Образование 0-фазы происходит во второй стадии старения. При температурах выше 150—200° происходит третья стадия, когда соединение СиА12 10-фаза)' выделяется из основного алюминиевого раствора. При более высокой температуре (300° и выше) имеет место коагуляция и рост частиц 0-фазы (СиА12).
Третья и четвертая стадии старения могут быть обнаружены не только рентгенографически, но и микроскопически. В результате старения выше 200° (третья и четвертая стадии) наблюдается процесс разупрочсния сплава. Таким образом, упрочение закаленного сплава происходит во время естественного старения или при непродолжительном 336
старении до 100—200°. В этот период идут подготовительные процессы перед выделением соединения СпА12 (в -фазы) из твердого раствора.
Особого разбора заслуживают технические деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые при термообработке.
Среди этих сплавов важнейшим является дюралюминий, который подразделяется на ряд типов (см. табл. 140). Однако все они построены на основе системы А1—Си. Кроме этих компонентов, имеются кремний, марганец, магний и железо. Высокие механические свойства достигаются в результате термической обработки.
В зависимости от содержания меди и магния и их соотношения образуются соединения CuA12, Al3Mg и тройные соединения CuMgAl2 (фаза S) и CuMgsAls (фаза Т). Эти соединения имеют ограниченную растворимость в алюминии. Наибольшее упрочение достигается, когда образуется пересыщенный твердый раствор фазы S в алюминии.
Конкретный режим термообработки зависит от марки дюралюминия (табл. 141). Железо и кремний попадают в дюралюминий во время металлургического производства. Железо является вредной примесью, оно образует с алюминием и марганцем соединение (Mn7Fe)Al, которое упрочняет сплав, но при этом сильно снижает его пластичность. У ряда марок дюралюминия железо снижает эффект старения. Кремний несколько уменьшает вредное влияние железа на пластичность. Марганец, намеренно вводимый в сплав, повышает антикоррозионные свойства. Марки дюралюминия обозначаются буквой Д, после которой идет цифра — условный номер. Если после номера стоит буква П, это значит, что дюралюминий имеет повышенную пластичность. Сплав подобного типа применяется для заклепок, при этом заклепка проводится после закалки. Иногда возможна расклепка после закалки и естественного старения. К наиболее прочным деформируемым сплавам относится сплав на основе системы А1 — Си — Mg — Zn.
Повышенную прочность этих сплавов по сравнению с обычными дюралюминиями следует приписать образованию в результате наличия цинка соединения Zn3Mg3Al2, растворение которого в алюминии вызывает сильное упрочение после старения. Эти сплавы имеют пониженную пластичность и плохие антикоррозионные свойства под действием напряжений.
Для ковки и штамповки применяются алюминиевые 22 Справочник 337
й Таблица 141
00 Режимы термической обработки и типичные механические свойства деформируемых алюминиевых сплавов [3 и др.]
Марка сплава 1 Отжиг Закалка Старение Механические свойства
температура нагрева в °C охлаждающая среда температура нагрева в °C охлаждающая среда температура нагрева в °C время выдержки предел прочности в кг/мм1 удлинение в % твердость по Бринелю
АМц 350-410 Воздух Не применяется 13 20 30
— или вода
AM г 350-410 То же Не применяется 20 23 45
АМгбп 340—370 Воздух Не применяется 27 23 70
Д1 340-370 То же — — — 21 18 45
— — 490-510 Вода 15—20 4 сут. 42 18 100
Д6 340-370 Воздух — — * — — 22 15 50
— — 495—503 Вода 15-20 4 сут. 46 15 105
Д16 340-370 Воздух — — — — 21 18 42
— — 495—503 Вода 15-20 4 сут. 47 17 105
дзп 340-370 Воздух — — — — 17 20 45
— —— 490-500 Вода 15-20 4 сут. 34 20 80
Д18Н 340-370 Воздух — — — — 16 24 38
— — 490-505 Вода 15-20 4 сут. 30 24 70
22* 339
Продолжение таблицы 141
Марка сплава Отжиг Зака лка Старение Механические свойства
температура нагрева в °C охлаждающая среда температура нагрева в °C охлаждающая среда температура нагрева в °C время выдержки предел прочности в кг)мм* удлинение в % твердость по Бринелю
АВ 340—370 Воздух 13 24 30
(авиаль) АК — — 515-525 Вода Не под 150-160 вергается 6 час. 33 12 95
АК2 350-460 Воздух 510-520 Вода 165-175 15—18 час. 42 13 100
АК4 350- 460 Воздух 510-520 . Вода 165-175 15-18 час. 44 10 ПО
АК6 350-460 Воздух 500-510 Вода 150-160 12—15 час. 42 13 105
АК8 350-460 420-440 Воздух Печь 500-510 460-480 Вода Вода 175-185 120—125 5—8 час. 24 час. 49 26 60 13 13 12 130 150
сплавы, по составу близкие к дюралюминию и имеющие в своем составе некоторые добавки никеля. Они маркируются АК2, АКВ и проходят обычную термообработку.
Особенное значение имеют сплавы, обладающие жаропрочностью (примерно до 300°). Они содержат 1,5—2,0% никеля.
Кроме перечисленных, некоторое распространение имеют сплавы на основе системы А1 — Mg — Si, получившие название авиалей. Они упрочняются при термообработке за счет соединения Mg2Si. Пластичность их выше дюралюминия, но прочность значительно ниже.
Сплавы типа дюралюминий обладают недостаточно высокими антикоррозионными свойствами, особенно в морской воде. Для повышения коррозионной стойкости листы из алюминиевых сплавов покрывают во время прокатки алюминием, «плакируют». Толщина плакированного слоя примерно 3,5% от толщины листа на сторону. Плакированный сплав имеет немного меньшую прочность и несколько большую пластичность, чем обычный дюралюминий.
ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ
Характерная структурная особенность литейных сплавов — наличие в них эвтектики. Это приводит к улучшению литейных свойств: жидкотекучести, плотности, уменьшению усадки. Но появление в структуре эвтектики, да еще в больших, количествах, делает механические свойст^ ва низкими. Эти недостатки имеются в той или иной степени в сплавах на основе систем А1—Си (сплавы АЛ17, АЛ2 и др.) и А1 — Mg (АЛ8). Для упрочнения они, как правило, подвергаются термической обработке, то есть закалке на пересыщенный твердый раствор и старение. Наиболее широко применяются двойные сплавы алюминия с кремнием—силумины, а также и более сложные по соста'ву. Обычный двойной силумин содержит 12—13% кремния (марка АЛ2). Согласно диаграмме А1 — Si (рис. 56) силумин относится к заэвтектическому сплаву, и структура его состоит из грубой эвтектики (А1 4- Si) и крупных кристаллов кремния. Механические свойства такого сплава низки. Это относится и к прочности и к пластичности. Повысить механические свойства двойного силумина путем термообработки нельзя, так как кремний и алюминий практически не растворяются друг в друге. Эффективным средством повышения свойств является процесс модифицирования. Он 340
заключается в следующем. В жидкий сплав за 10—15 мин. до выпуска вводится 1—2% металлического натрия или смеси, состоящей из 2/з NaF и 7з NaCl. Температура при этом около 750°. После модифицирования сплав становится мелкозернистым и имеет уже доэвтектическую структуру, состоящую из эвтектики и пластинчатых кристаллов алюминия.
Рис. 56. Схема влияния модификаторов на кристаллизацию в- системе А1—Si (А. П. Гуляев).
Натрий или его соединения препятствуют выделению кремния, способствуют переохлаждению сплава. В результате этого эвтектическая температура снижается, а эвтектическая точка сдвигается вправо. Это приводит к тому, что эвтектика измельчается, и сплав становится доэвтектическим; в нем отсутствуют хрупкие кристаллы первичного кремния. После модифицирования качество сплава заметно улучшается.
Основное достоинство силуминов — их высокие литейные показатели. Однако механические свойства двойных силуминов во многих случаях оказываются, явно недостаточными. Поэтому применяются доэвтектические силумины с добавками других компонентов (меди, -магния), которые можно подвергать термообработке для упрочения (табл. 143).
Все же литейные сплавы значительно уступают по механическим свойствам деформируемым (типа дюралюми-
341
Таблица 142
Химический состав алюминиевых литейных сплавов (по ГОСТ 2685—44)
Химический состав в %
Марка сплава Si Си Mg Мп прочие элементы Al
АЛ1 — 3,75-4,5 1,25-1,75 — Ni 1,75-2,25
АЛ2 10,0 — 13,0 — — — —
АЛЗ 4,0-6,0 1,5-3,5 0,2-0,8 0,2-1,0 —
АЛ4 8,0-10,5 — 0,17-0,30 0,25-0,5 —
АЛ5 4,5-5,5 1,0-1,5 0,35-0,6 — —
АЛ6 4,6-6,0 2,0-3,0 — — — о
АЛ7 — 4,0-5,0 — — — зс
АЛ8 — — 9,5-11,5 —. — t-
АЛ9 6,0 - 8,0 — 0,2-0,4 — — н
АЛЮ 4,0-6,0 5,0-8,0 0,2-0,5 — — О
АЛ 11 6,0-9,0 — — — Zn 10,0-14,0
АЛЮ — 7,0-14,0 — — —
АЛЮ 0,8-1,3 — 4,5-5,5 0,1-0,4 —
ний). Это связано с тем, что в литейных сплавах имеется грубая структура, которая не раздроблена пластической деформацией. Наиболее высокие механические свойства можно получить у алюминиевых сплавов меди с магнием. Такие сплавы имеют хорошие антикоррозионные свойства. Однако по литейным свойствам они уступают сплавам типа силуминов.
ОСОБЕННОСТИ ТЕРМООБРАБОТКИ
Для получения наибольшей пластичности алюминиевые сплавы отжигают в селитровых ваннах >в течение 20— 30 мин. или в электропечах с воздушной средой в течение 1—2 часов. Нагрев при закалке производят в тех же печах. При небольшом превышении верхнего предела закалочных температур возможен пережог, что внешне проявляется в резком потемнении поверхности, появлении пузырей и трещин. Температура воды при закалке 15—30°. Промежуток 342
Таблица 143
Режимы термической обработки алюминиевых литейных сплавов для печей с воздушной средой др ]
Марка сплава си 0J ф Оч О □> \О Я « © и х о S 2 « s « ч о а, н £ о ню Закалка Отжиг, отпуск и старение Механические свойства
температура нагрева в °C выдержка в час. не менее охлаждающая среда в °C температура нагрева в °C выдержка в час. охлаждающая среда предел прочности в кг (мм1 относительное удлинение в % твердость по Бринелю
АЛ1 Т5 510-520 2-4 Вода 50— 100° или 210-230 2—4 Воздух 20 0.5 95
воздух Печь до 50—
АЛ2 Т2 — 280-300 2-4
80°, затем
воздух
АЛЗ Т1 — — 175-185 5 Воздух 17 1 70
Т2 — 280-300 2-4 То же 12 — 65
Т5 520-530 4-6 Вода 50— 175-185 5 я 21 — 75
100° 70
Т7 520-530 4-6 То же 225-235 5 20 1
Т8 520-530 4-6 325—335 3 18 2 65
АЛ4 Т1 — 170-180 15 20 1,5 70
Тб 530-545 2-6 Вода 50 — 170-180 15 23 3 65
100° 16
> АЛ5 > Т1 — — — 175-185 15 — 65
> > > > о оо о Марка сплава » Продолжение таблицы 143
Н Н Н —1 Н •—з н •ч СЛ 4^ 4^ СП 4^ ND "0 СЛ Условное обозначение термообработки
СЛ СЛ 4^ СЛ СЛ СЛ СЛ СО СО 00 — •— ND ND О О ООО о о II 1 1 1 1 1 1 СЛ СЛ 4^ СЛ СЛ СЛ СЛ 4^ 4^ 4^ ND ND 00 СО О О ООО О О температура нагрева в °C 1 Закалка 1
СЛ О О to ND II 1 1 4^ 4^ ND •— ь- о сл сл выдержка в час., не менее
со § co W W р о о о н £ h-J=i — «д У — U о g»a go cd О М | Ом о Сл о Сп я Сл СЛ О о S о О О 1 1 = 1 1 охлаждающая среда в °C
— н- ND ND ►- 4^ 4^ 00 ND *-1 СЛ Сл О СЛ СЛ II 1 1 1 1 1 1 — — СО ND »— СЛ СЛ О СО ОО СЛ СЛ О СЛ СЛ температура нагрева в °C | Отжиг, отпуск и старение |
ь- to । 1 1 1 1 СО СЛ СЛ СО 4^ выдержка в час.
□5 CO W ° 1 1 О , о СО w W и *5 и охлаждающая среда
ND Н- ND ND ND — >— ND О 00 OO ND О СЛ ОО о предел прочности в к?1^м* Механические свойства
О I ND 4^ О СО •—‘ ‘ । относительное удлинение в %
S 2? 04^0 ^4 о о О О СО Сл С’» о твердость по Брине-лю
времени между выемкой из печи и погружением не более 30 сек. После закалки сплавы некоторое время находятся в пластичном состоянии: для сплава Д1 — 2 часа; Д6, Д16— 1 час; ДЗП — 3 часа. Для сохранения свежезакаленного состояния сплав следует выдерживать после закалки при отрицательных температурах. Если требуется закаленный и состаренный сплав типа дюралюминия вернуть в свежезакаленное состояние, то следует его выдерживать в течение 0,5—1 мин. при 200—250°. При термообработке деталей из литейных сплавов необходимо помнить о наличии грубой структуры и значительных внутренних напряжений. Поэтому следует нагревать медленно. Для деталей сложной формы рекомендуется проводить подопрев до 300—350°. Необходимы также длительные выдержки при заданной температуре.
Таблица 144
Составы селитровых ванн для нагрева алюминиевых сплавов [13]
Состав смесей Температура плавления в °C Температура применения в °C Назначение
56KNO3 153 175-500 Отжиг
44NaNO3 5OKNO3 220 245-540
50NaNO3 65-35NaNO3 153-230 260-540 Нагрев под закалку
35—65KNO3 100NaNO3 317 330-600
IOOKNO3 337 350-600 —
Примечания. 1. Для увеличения стойкости селитровых ванн и улучшения поверхностей деталей в ванну добавляется 2—3% хромпика (К2СГ2О7), который вводится в ванну в виде смеси, состоящей из 5 частей селитры и 1. части сухого хромпика.
2. Исходные соли селитровых ванн не должны содержать более 0,5% ионов хлора, так как они способствуют коррозии деталей из алюминиевых сплавов.
3. Щелочность ванны в пересчете на К2СО3 не должна превышать 1%.
345
МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ И ИХ ТЕРМООБРАБОТКА
Магний принадлежит к весьма легким металлам (7=1,75) и обладает температурой плавления 650°. При повышении температуры магний интенсивно окисляется и может самовоспламениться. Его антикоррозионные свойства низки, особенно во влажной атмосфере. Магний и его сплавы нуждаются в специальной защите от коррозии. Плавка и разливка требуют защиты от окисления и загорания. Механические свойства магния невысоки, хотя он удовлетворительно работает на удар. Получили распространение сплавы на магниевой основе. Наиболее важными являются сплавы магния с алюминием и цинком (табл. 145). Эти вещества растворяются в магнии. Растворимость уменьшается с понижением температуры, что определяет возможность термической обработки.
Таблица 145
Химический состав промышленных магниевых сплавов
Химический состав в %
Марка сплава
А1 Zn Мп S1
Mg
Литейные сплавы
МЛ1
МЛ2
МЛЗ
МЛ4
МЛ5
МЛ6
МА1
МА2 МАЗ
МА4
МА5
МА8
- — 1-2
2,5-3,5 0,5-1,50,15-0,5
5-7 2-3 0,15-0,5
7,5-9,3 0,2-0,80,15-0,5
9—11 до 2,0 0,1-0,5
1—1,5
о X
Деформируемые сплавы
- — 1,3-2,5
3-4 0.2-0,80,15-0,5 —
5,5-7 0,5-1,50,15-0,5 -
6,5-8 2.5-3,5 0,15—0,5 -
7,8-9,2 0,2-0,80,16-0,5 -
Се
— — 1,5-2,5 0,15-0,5
О
346
Особенность магниевых сплавов — малая скорость диффузионных процессов, связанных с растворением и выпадением интерметаллических фаз. Часто закаленные магниевые сплавы, особенно с высоким содержанием цинка, подвергают старению. Эффект термообработки у магниевых сплавов значительно меньший, чем у алюминиевых. В принципе термообработка идет по той же схеме, что и у алюминиевых сплавов. Кроме алюминия, которого вводят до 11%, или цинка—до 2% (чаще они вводятся оба), магний добавочно легирует еще рядом элементов. Марганец, вводимый в количестве до 0,5%, повышает сопротивление коррозии. Для измельчения зерна в небольших количествах присаживают титан (0,05%), а для предотвращения окисления сплава — бериллий (до 0,02%) или кальций (до 0,2%). Иногда добавляют цирконий, который сообщает сплаву мелкозернистость и упрочняет его. Вредные примеси в магниевых сплавах — никель, железо, медь и кремний. Особенно понижают коррозионную стойкость никель и железо, содержание которых должно составлять сотые процента. Магниевые сплавы разделяются на деформируемые и литейные, которые близки по химическому составу.
Основными видами деформируемых являются сплавы магния с марганцем (МА1 и МА8) и сплавы магния с алюминием и цинком (МА2, МАЗ, МА5). Среди литейных основными являются сплавы магния с кремнием (МЛ1), магния с марганцем (МА2), магния с алюминием и цинком (МЛЗ, МЛ4, МЛ5, МЛ6, МЛ7), сплавы магния с редкими металлами (МЛ 14 и др.).
ОСОБЕННОСТИ ТЕРМООБРАБОТКИ
Термическую обработку магниевых сплавов следует проводить при нагреве с точностью ±5°. Для предотвращения окисления рекомендуется нагрев вести в защитной газовой атмосфере (смесь воздуха с 0,7—1% сернистого газа). При отсутствии защитной атмосферы в электрическую печь забрасывают сернистый колчедан из расчета 3—4 кг на 0,7—1 кг веса деталей.
Массивные детали следует предварительно подогреть при 330—870° (выдержка 2—4 часа) и затем нагреть до температуры закалки. Выдержка должна быть достаточно продолжительной. Режимы термообработки привадятся в табл. 146.
347
Таблица 146
Рекомендуемые режимы термической обработки магниевых сплавов в электропечах с воздушной средой и ориентировочные механические свойства [3 и др.]
(в основном минимальные)
Марка сплава Условное обозначение термической обработки Отжиг и закалка Старение Механические свойства
температура нагрева в °C выдержка в час. охлаждающая среда температура нагрева в °C выдержка в час. охлаждающая среда предел прочности в кг 1мм2 удлинение в %, не менее твердость по Бринелю |
А. Литейные сплавы
МЛ1 Т2 200—250 3-5 С печью — — — 9 2 40
МЛ 2 Т2 200-250 3-5 То же — — — 9 3 30
МЛЗ Т2 170-250 3-5 — — 16 6 40
МЛ4 Т2 170-250 3-5 — — —. 16 3 50
Т4 375-385 10- 16 Воздух — — — 21 4 55
Тб 375-385 10-16 То же 170-180 16 Воздух 22 2 60
МЛ5 Т2 170-250 3-5 С печью — — — 15 2 50
Т4 410-420 12—16 Воздух — — — 21 4 50
Тб 410-420 12-16 То же 170-180 16 Воздух 22 2 60
МЛ6 Т2 170—250 3-5 С печью — — — 15 1 50
Т4 410—420 16-24 Воздух — — — 21 3 60
Тб 410 -420 16-24 То же 170—180 16 Воздух 21 1 65
Продолжение таблицы 146
Марка 'сплава Условное обозначение термической обработки Отжиг и закалка Старен"е Механические свойства
температура нагрева в °C выдержка в час. охлаждающая среда температура нагрева в °C выдержка в час. охлаждающая среда предел прочности в кг!мм* удлинение в % , не менее • твердость по Брине-лю
Б. Деформируемые сплавы
МА1 Т2 340-400 3-5 Воздух — — — — — —
МА2 Т2 до 400 3-5 То же — — — 24 5 45
МАЗ Т2 320-380 4-8 — — — 26 8 50
МА4 Т2 320-350 4-6 — — 34 7 70
Т4 Ступенчатая
обработка
330-340 2-3
375—385 4-10 Горячая — — — 35 7 80
вода
МА5 Т2 350-380 3-6 Воздух — —
Т4 410-420 4—12 Горячая — — — 34 15 64
вода
Тб 410-420 4 То же 170-180 16-24 Воздух
МА8 Т2 280-320 2-3 Воздух 25 12 55
Примечания. 1. Время выдержки берется без учета времени нагрева. 2. В зависимости от массы обрабатываемого металла время выдержки изменяется.
ТИТАН И ЕГО СПЛАВЫ
Титан характеризуется относительно высокой прочностью, приближающейся к прочности железа. Важнейшей особенностью титана является его высокая химическая стойкость на воздухе, в морской воде и в некоторых других средах.
Титан имеет две аллотропические формы: 1) а -титан с гексагональной решеткой, существующей до 885°, и 2) fl -титан с объемноцентрированной решеткой, существующей выше 885° В а- и р -титане могут растворяться различные легирующие элементы. Наличие высокотемпературной модификации титана позволяет производить термообработку титановых сплавов, так как возможно образование переохлажденного 0 -твердого раствора при закалке. Применяются а- и (а +0)-сплавы титана. Вредными примесями в титане и его сплаве являются азот, кислород, углерод. Азот и кислород, чрезвычайно повышая прочность, очень снижают пластичность. Их содержание должно быть: азота не более 0,25%, кислорода — 0,50%. Наличие углерода более 0,15% затрудняет обработку давлением и резанием, ухудшает свариваемость. Причина высоких антикоррозионных свойств титана и его сплавов связана с образованием на поверхности защитной оксидной пленки. Путем нагартовки можно существенно повысить прочность титана и его сплава. Рекристаллизационный отжиг титана производится около 650° Технический титан в настоящее время подвергают для повышения износоустойчивости и прочности различным видам химико-термической обработки (азотированию, борированию, молибденированию). Все большее распространение получают сплавы на основе титана. Наиболее распространены сплавы с 3—6% алюминия и 3—6% ванадия, молибдена, железа, хрома (табл. 147).
Титановые сплавы применяются главным образом в химическом машиностроении и в авиационной промышленности. Следует подчеркнуть, что титан и его сплавы имеют не только высокие нержавеющие свойства, но и высокую удельную прочность, то есть отношение прочности к удельному весу. Однако надо считаться и с недостатком титана — его модуль упругости примерно в два раза меньше, чем у стали. Поэтому конструкции из титана и его сплавов менее жестки, чем стальные. Титановые сплавы используются в качестве жаропрочных при рабочих температурах до 500°.
350
Таблица 147
Отечественные сплавы на основе титана, применяемые в промышленности
Марка сплава ВТ-1 (технический титан) ВТ-3 ВТ-3-1 ВТ-4 ВТ-5 ВТ-6
Химический состав в % (титан — остальное): алюминий 4,0-5,2 4,0-5,2 4-5 4,0-5,5 5-6,5
хром 2—3 1,5-2,5 — — —
молибден — 1-2 — — —
ванадий — — — — 3,5-4,5
марганец — — 1—2 — —
Механические свойства при комнатной температуре:
предел прочности при растяжении в кг/мм2 45-60 95—115 95-120 80-90 80-95 90—100
относительное удлинение в % 20-25 10-16 10-16 15-20 12-25 8-13
относительное сужение площади поперечного сечения в % 45 । 25-40 । 25-40 20-35 30—45 30—45
Марки сплава ВТ-1
ударная вязкость в кг!см2 Не ме-
нее 7
твердость НВ 200
Механические свойства при тем-
пературе в °C 300
предел прочно^и при растяже-
нии в кг!мм2 28
относительное удлинение в % 28
длительная прочность за 100
час. в кг/мм2 —
виды полуфабрикатов Лис-
ты,
прут-
ки
Продолжение таблицы 147
ВТ-3 ВТ-3-1 ВТ-4 ВТ-5 ВТ-6
3-6 3-6 5-6 3-6 4-8
285-320 — 285 285-340 320-360
400 500 350 400 400
57 56 50 45—52 57-65
12 15 25 9-20 9
56 36 Около 40 48 62
Поковки, прутки Листо- Листы, Листы,
полосы :, плиты вые полуфабрикаты прутки, сортовой прокат, трубы, проволока прутки, поковки
МЕДНЫЕ СПЛАВЫ И ИХ ТЕРМООБРАБОТКА
Медь относится к тяжелым цветным металлам (у =8,9), обладает высокой тепло- и электропроводностью. Она превосходит по своему значению все технические металлы и уступает только серебру. Вредные примеси меди — висмут, свинец, сера, кислород. Висмута должно быть не более сотых долей, а свинца не более десятой процента. При их большем количестве образуются легкоплавкие эвтектики, приводящие к красноломкости. Висмут вызывает также и хладноломкость. Оксиды и сульфиды меди весьма хрупки. Располагаясь в виде эвтектики по границам зерен, они приводят к хладноломкости. Весьма опасный дефект — «водородная болезнь» меди. В случае наличия оксидов (Си2О) медь при нагреве ее в атмосфере, содержащей водород, становится хрупкой и может дать трещины. Объясняется это тем, что происходит реакция Си2О 4- Н2 —>-2Си + Н2О. Водяные пары стремятся выделиться из металла и при своем выделении могут разорвать его. Медь применяется для проводов и электротехнических деталей, от которых требуется высокая электропроводность. Применяют обычно наиболее чистые от примеси марки, так как примеси понижают электропроводность. Для повышения механической прочности проводов в медь добавляют около 1% кадмия, но это примерно на 10% понижает электропроводность. Ввиду сравнительно невысоких механических и технологических свойств чистую медь для изготовления конструкционных деталей применяют мало. Используют в основном сплавы меди с цинком (латуни) и сплавы меди с другими элементами (бронзы).
Латуни. Диаграмма состояния меди и цинка представляет собой пять простых перитектических диаграмм. В твердом состоянии наблюдаются следующие фазы:
1) а -твердый раствор цинка и меди,
2) 3-твердый раствор на основе соединения CuZn,
3) у-твердый раствор на базе Cu5Zn8,
4) е-твердый раствор на основе CuZn3,
5) 8 -твердый раствор, структура которого точно еще не определена, и
6) л -твердый раствор меди в цинке.
С повышением содержания цинка в латунях вначале и прочность и пластичность возрастают. Далее, при содержании цинка около 50% пластичность резко снижается при одновременном уменьшении прочности. В связи с этим применяются сплавы с содержанием цинка до 50%. Наиболь-23 Сппяр'-чнич 353
шую пластичность имеет а -латунь с 30% Zn. При содержании цинка более 39% в структуре появляется ₽-фаза, и сплав упрочняется, но пластичность его падает. Таким образом, применяются вязкие а -латуни и более прочные, но менее вязкие ( а + р )-латуни, р- и 7-латуни ввиду их хрупкости не используются. Из а-латуней применяется томпак Л-90 (цифра в марках латуни обозначает среднее содержание меди в процентах), латуни марок Л70, Л68, Л62. Все они хорошо пластически деформируются, при нормальной температуре их подвергают холодной штамповке, прокатке, прессованию, волочению. После холодной обработки давлением латунь приобретает большие внутренние напряжения. Если после обработки такая латунь будет храниться во влажной атмосфере, то возможна интеркристал-литная коррозия и связанное с ней разрушение («сезонное растрескивание»). Этот недостаток обнаруживается и у других латуней. У а-латуни есть и ряд недостатков. Так, с повышением температуры выше 300—400° ее пластичность ухудшается, что затрудняет обработку давлением. Ввиду вязкости а -латунь хуже поддается обработке резанием, чем другие виды латуни: поверхность получается неровной, с большим количеством задиров. В промышленности применяется и (а -f- р)-латуни (например, Л-59). Они менее пластичны, чем а -латуни, но лучше обрабатываются резанием и легче деформируются при нагреве. К латуни Л-59 часто добавляют свинец — марка ЛС59-1. При этом получается автоматная латунь, которая хорошо обрабатывается резанием и применяется для изготовления массовых деталей, например крепежных. В отличие от меди и «-латуни в (« +₽)-латуни (к ней относится марка ЛС59-1) свинец располагается не по границам зерен, а внутри их, что уже не понижает механические свойства. Кроме указанных латуней, имеются и латуни специального назначения. К ним относятся латуни антикоррозионные с добавками олова, пружинные — с добавками кремния и др. (табл. 148).
Бронзами называются сплавы меди со всеми другими элементами, кроме цинка. Одной из наиболее старых и весьма ценных является оловянистая бронза. Диаграмма медь — олово в свою очередь состоит из ряда перитектических диаграмм. Здесь наблюдаются следующие фазы:а -твердый раствор олова в меди с кубической гранецентрированной кристаллической решеткой, электронные интерметаллические соединения СизБп и СизБп8 и твердые растворы на их основе (Р- и 7-растворы). При больших содержаниях олова имеются е-фаза (СизБп) и -фаза (CuSn). Кристаллиза-354
ьо Таблица 148
* Химический состав латуней в %
Наименование латуни Марка латуни Си РЪ Fe Мп А1 Sn S1 Ni Zn Л <U S S S =« Си О с о
Томпак Л 96 95,0—
Томпак Л90 97,0 88,0-
Полутомпак Л80 91,0 79,0—
Латунь Л68 81,0 67,0-
Латунь Л62 70,0 60.5—
Алюминиевоникелевая ЛАН59-3-2 63,5 57,0—
Железистомарганцо- ЛЖМц59-1-1 60,0 57,0—
вистая 60,0
Марганцовистая ЛМц58-2 57,0—
Свинцовистая ЛС59-1 60,0 57,0—
СО сл 60,0
— — — — 0,2 0,2 0,3 0,3
о
к 0.5
— — — — — — — ч
2,5- — 2,0- CU 0,9
3,5 3,0 <->
— 0,6- 0,5- 0,1- 0,3— — — О 0,25
1,0 0,8 0,2 0,7
— — 1,0- 2,0 — — — — 1,2
0,8- 1,9 — — — — — — 0,75
Наименование латуни Марка латуни
Свинцовистая ЛС64-2
Свинцовистая ЛС74-3
Оловянистая Л062-1
Оловянистая Л 070-1
Никелевая ЛН65-5
Продолжение таблицы 148
Со РЬ Fe Мп А1 Sn Si Ni Zn Сумма примесей
63,0- 66,0 1,5— 2,0 — — — — — — 0,3
72,0— 75,0 2,4— 3,0 — — — — — — o’, 25
61,0— 63,0 — — — — 0,7- 1,1 — — 0,3
69.0— 71,0 — — — — 1,0- 1,5 — — 0,3
64,0— 67,0 5,0- 6,5 0,3
ция литых оловянистых бронз носит неравновесный характер, и поэтому структурный состав литой неотожженной бронзы по диаграмме определить нельзя. При содержании в бронзе до 5% олова ее структура состоит из одних а-кри-сталлов. Такие бронзы обладают хорошей /пластичностью и могут обрабатываться давлением. При большем содержании олова появляется эвтектоид, и структура таких бронз состоит уже из а -твердого раствора и эвтектоида ( а + + Cu3iSn8). Наличие химического соединения Cu3iSn8 снижает механические свойства: резко падает вязкость. Наличие эвтектики улучшает литейные свойства. В промышленности обычно применяются бронзы с 8—10% олова. Они обладают высокими литейными свойствами—хорошей жидкотекучестью и малой усадкой (около 1%). В отливках не образуется концентрированной усадочной раковины, а наблюдается пористость. В связи с хорошими литейными свойствами из оловянистой бронзы очень удобно изготовлять детали сложной конфигурации, в том числе художественные отливки. Оловянистая бронза обладает также прекрасными антифрикционными свойствами. Однако если деталь должна быть газонепроницаемой или водонепроницаемой, то оловянистая бронза неприемлема. Применяемые в настоящее время бронзы содержат, кроме меди и олова, еще и другие элементы, что делается для улучшения свойств и удешевления изделий (табл. 149).
Большое значение имеют безоловянистые бронзы. Они уступают оловянистой бронзе по литейным свойствам, но обладают другими ценными качествами.
Здесь следует указать на алюминиевые — с повышенной прочностью, кремнистые — с повышенной упругостью, свинцовистые — антифрикционные, бериллиевые — с очень высокой прочностью и другие виды специальных бронз.
ОСОБЕННОСТИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Для смягчения меди ее отжигают при 500—700° с охлаждением после этого с любой скоростью. При охлаждении в воде от изделия легко отделяется окалина. Примерные механические свойства отожженной меди: = 20 кг [мм2. Ъ = 50%. ед.
Латуни после нагартовки (холодной штамповки, волочения и др. процессов) во избежание так называемого сезонного растрескивания (во влажной атмосфере) следует отжигать при 270—300°. Обычно же латуни для смягчения отжигаются при 550—700° (табл. 150).
357
/
Таблица 149
Химический состав бронз (в %)
Наименование бронзы Марка бронзы А1 Мп Fe N 1 Zn Pb Sn Си Сумма примесей
Алюминиевая Бр А5 4-6 — — — —• — — 1,6
Алюминиевая Бр А 7 6-8 1,6
Алюминиевомар-ганцевая Бр АМц 9-2 8—10 1,5- 2,5 1,7
Алюминиевоже- Бр АЖ 9-4 8-10 — 2-4 1,7
лезистая СО
Алюминиевоже-лезистоникеле-вая Бр АЖН 10-4-4 9,5- 11 — 3,5- 5,5 3,5- 5,5 — — — ! Н О В 0,8
Оловянистоцин-ковосвинцовая БрОЦС 4-4- 2,5 — — — — 3,5 1,5- 3,5 3-5 О с 0,2
Бериллиевая Бр Б2 1.9 — 2,2Ве — — 0,2-0,5 — — — 0,5
Марганцовистая Бр Мц5 — 4,5- 5,5 — — — — — 0,9
Оловяноцинковая БрОЦ4-3 — — — — 2,7- 3,3 — 3,5- 4,0 0,2
Таблица 150
Температура отжига деформируемых латуней [13]
Марка Температура отжига в °C Твердость по Бринелю НВ Марка Температура отжига в °C Твердость по Бринелю НВ
ЛТ96* 540-600 ЛМц58-2 60Э-650 <85
ЛТ90 650—720 <53
Л80 600-700 <53 ЛС59-1 600—650 <75
Л68 600-700 <52 Л С 64-2 620-670 <40
Л62 600-700 <56 ЛС74-3 650 —
ЛАН 59- 600-650 <117 ЛО 62-1 650 <85
3-2 Л О 70-1 620
ЛЖМц 600-650 < 80 ЛТО 90-1 650 -720 <57
59-1 ЛН65-5 650 —
* ЛТ — латунь-томпак.
Таблица 151
Температура отжига бронз [13]
Марка Температура отжига в °C Твердость по Бринелю НВ Марка Температура отжига в °C Твердость по Бринелю НВ
Бр А5 600-700 <60 Бр Мц5 700—750 <80
Бр АМц 9-2 Бр АЖ 9-4 650—750 700-750 <80 ню Бр Б2 650-700 <100
Бр АЖН „ 10-4-4 700-750 140—] 60 Бр ОЦ 4-3 600 —
Бр Бр ОЦС 4-4-2,5 600 Бр А5 Бр А7 600-700 650-750 <63 <70
359
Отжиг различных бронз проводится при 600—750°. Охлаждение после отжига вместе с печью или на воздухе. С уменьшением толщины 'материала температуру отжига держат у нижнего предела. Пружинную бронзу, поставляемую в нагартованном состоянии, для облегчения навивки отпускают при 300—320°.
Ряд видов бронз закаливают с последующим отпуском (табл. 151, 152).
Таблица 152
Режимы закалки и отпуска бронз [13]
Наименование бронзы Марка Закалка Отпуск Твердость по Бринелю "в
температура нагрева в °C среда охлаж- дения темпе-» ратура нагрева в °C
Алюминиевоже- Бр АЖ 9-4 850 Вода 350 —
лезистая
Алюминиевомар- Бр АМц 9-2 800 То же 400 150 —
ганцовистая 187
Алюминиевоже- Бр АЖМц 10 830 — 300- 207—
лезистомарганцовистая -3-1,5 860 350 285
Алюминиевоже- Бр АЖН 10- 920 650 200—
лезистоникеле-вая 4-4 240
Кремнемарганцо- БрКМцЗ-1 800 410- 130 —
вистая 475 180
Куниаль БрНА 14-3 800— Воз- 520 - 260
Бр НА 6-1,5 820 дух 540 210
Бериллиевая Бр Б2 780— или 300- 340-
800 вода 350 370
Кремненикелевая БрКН 1-3 850 Вода 450 150-
200
НИКЕЛЬ И ЕГО СПЛАВЫ
Никель обладает удовлетворительными механическими свойствами, он ферромагнитен, легко деформируется в холодном и горячем состоянии. Технический никель применяется в виде ленты, листа, проволоки в приборостроении 360
и электромашиностроении. Железо, кобальт, кремний и медь образуют с никелем твердые растворы, что приводит к повышению твердости, прочности и удельного электросопротивления. Вредными примесями являются углерод (содержание его не должно быть более 0,1%), который вызывает графитизацию, затрудняющую обработку давлением, и сера, дающая легкоплавкую эвтектику (Ni+'Ni3S2), что приводит к усложнению горячей обработки давлением. Никелевые сплавы употребляются в качестве электротехнических, жаропрочных, химически стойких материалов, а также для термопар и компенсационных проводов.
Никель с целью смягчения отжигают (после операций, вызвавших нагартовку) при 750—900°. После отжига никель имеет: °вр = 50 кг/мм2, о = 45% и НВ = 60 ед. Лучше проводить отжиг в безокислительной атмосфере осушенного водорода, диссоциированного аммиака, генераторного газа и др. Если нет возможностей для такого отжига, то его ведут в чугунных или железных ящиках, куда помещают никелевые изделия и засыпают их небольшим количеством
Таблица 153
Режимы отжига никелевых и медноникелевых сплавов [13]
Наименование сплава Марка сплава Температура отжига в °C Твердость по Бринелю НВ
Никель марганцо- НМц2,5 900
вистый НМц5 800—850 147
Алюмель НМцАК 2-2-1 900-950 120-130
Хрометь НХ9,5 850-900 150-200
Монель-металл НМЖМц 28-2.5-1,5 800-850 120-130
Ферронихром НЖХМц 16-15-1,5 750-850 160
Копель НМ 56,5 800—850 85-90
Константан НММц 58,5-1,5 800-850 75-90
Мельхиор НМ81 650-750 60-70
Сплав ТБ НМ84 750-780 60-70
Нейзильбер НМц 65-20 700-750 70
Манганин НММц 85-12 700-750 120
Сптав ТП НМ 99,4 5С0 50-60
Мельхиор НМ 30 780-810 60-70
361
древесного угля. Швы крышки тщательно обмазывают огнеупорной глиной. Распаковку ящиков ведут после охлаждения. Для предотвращения спекания витков проволоки при отжиге бунтов перед упаковкой витки погружают в раствор мела и просушивают.
В табл. 153 даны режимы отжига различных никелевых и медноникелевых сплавов. Методы предупреждения окисления те же, что и для чистого никеля.
VII. ОБОРУДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
В термических цехах машиностроительных заводов используются следующие виды оборудования: печи, печи-ван-ны, нагревательные устройства для скоростного и поверхностного нагрева, закалочные баки, закалочные машины, оборудование для глубокого охлаждения. Имеется оборудование для правки и для очистки, вспомогательное оборудование для приготовления карбюризаторов и контролируемых атмосфер, а также различные приспособления и инструменты. Сюда же относят теплоэнергетическое и подъемно-транспортное оборудование. Наконец, в термических цехах имеются приборы для теплового контроля, измерения твердости, определения давления и расхода жидкостей и газов. В последнее время в структуру крупных термических, цехов входит экспресс-металлографическая лаборатория.
Термические печи классифицируются по источникам тепловой энергии и способам ее использования; по конструктивным особенностям и способам механизации; по особенностям рабочего объема и применению внешних сред; по назначению для различных процессов термической обработки.
На рис. 57—65 и в табл. 154 приводятся данные по конструкции различных пламенных и электрических печей. Характеристики материалов, применяемых при изготовлении печей, нагревателей и топлива, даны в табл. 155—1’59. Сведения о форсунках и горелках — в табл. 160—161.
На рис. 66—67 и в табл. 162—163 даны характеристики закалочных баков и моечных машин, выпускаемых заводами бывшего треста «Электропечь».
Для высокочастотного нагрева при поверхностной за-
кадке применяются ламповые и машинные генераторы, основные сведения о которых приводятся в табл. 164 и 165.
Индукторы обычно изготовляют из медной трубки диаметром 4—40 мм и более, а также из трубок прямоугольного сечения. Для того чтобы предотвратить замыкание витков индуктора и случайное соприкосновение детали с индуктором, что приводит к оплавлению детали, применяют различные способы .изоляции витков индуктора.
Таблица 154
Общая техническая характеристика электропечей бывшего треста «Электропечь»
Тип печи Мощность в кет Размеры рабочего пространства в мм Рабочая температура в °C Производительность в кг!час
ширина или диаметр длина высота
Камерные печи с металлическими нагревателями
Н15 15 300 650 250 950 50
НЗО 30 450 950 450 950 125
Н45 45 600 1200 500 950 200
Н69 60 750 1500 550 950 275
Н75 75 900 1800 600 950 350
Камерные печи с карборундовыми нагревателями
ГЗО I 30 I 300 I 400 I 250 I 1300 I 50
Г50 I 50 1 450 1 700 | 350 1 1300 1 130
Шахтные печи для цементации
Ц25 25 300 — 450 950 50 Q,
Ц35 35 300 — 600 950 100 <Л
Ц60 60 450 — 600 950 150 .4
Ц75 75 450 — 900 950 220 О
Ц90 90 600 — 900 950 400 X X
Ц105 105 600 — 1200 950 500 •=(
Производи-
Шахтные печи для отпуска телзнасть печи
ПН31Б 24 400 — 500 650 70
ПН32 36 500 — 650 650 200
ПН34 75 950 — 1220 650 400
364
Продолжение таблицы 164
Тип печи Мощность в кет Размеры рабочего пространства в мм Рабочая темпера-в'₽С Производительность в кг/час
ширина или диаметр длина высота
Шахтные печи для нагрева при закалке
шзо 30 450 — 800 950 140
Ш35 35 300 300 1200 950 125
Ш55 55 300 ЗОЭ 2040 959 230
Ш70 70 600 — 2500 950 330
Г 65 65 300 300 1250 1300
Г95 95 300 300 2200 1300
Единоврем. загрузка в кг
Шахтные печи для азотирования
ПА-32-1 | 30 I 500 | — I 650 । 650 I 300
ПА-32 Д I 45 I 500 | - I 1200 | 650 | 600
Печи-ванны тигельные
Производительность печи
В10 10 200 — 350 850 30
В20 20 300 — 535 850 80
ВЗО 30 400 — 555 850 130
Печи-ванны электродные
С20 20 220 — 460 1300 90
С25 25 380 — 475 850 90
С45 45 340 — 600 1300 200
С50 50 600 900 450 600 100
С100 100 600 900 450 850 160
СП2-35 35 220 — 420 1300 30
СПЗ-75 75 340 — 580 1300 55
365
Продолжение таблицы 154
Тип печи Мощность в кет Размеры рабочего пространства в мм Рабочая темпера- Производительность в кг/час
ширина или диаметр длина высота
Конвейерные печи. Закалочные
К70 70 400 2050 415 875 120
К80 80 400 2700 415 875 160
К100 100 400 3350 415 875 200
КГ20 120 400 4000 415 875 250
К160 160 600 4000 415 875 360
К180 180 600 4650 415 875 410
К 200 200 600 5300 415 875 460
К 330 330 800 6200 415 875 2С00
Конвейерные печи для высокого отпуска
К45 45 400 2300 415 600 120
К55 55 400 3450 415 600 160
К65 65 400 4100 415 600 200
К75 75 400 4750 415 600 250
К95 95 600 4750 415 600 360
К105 105 600 5400 415 600 410
К125 125 600 6700 415 600 460
Конвейерные печи для низкого отпуска
КО55 I 55 I 600 I 6120 I 415 I 200 I 250
КО205 1 205 800 1 7850 | 500 450 2000
Толкательные печи. Закалочные
Т1С0 1'00 600 3070 400 950 230
Т120 120 600 3810 400 950 280
Т140 140 600 4550 400 950 350
Т180 180 1200 4200 400 950 565
Т240 240 1200 5300 400 950 750
366
Продолжение таблицы 154
Тип печи Мощность в кет Размеры рабочего пространства в мм Рабочая темпера- Производительность в кг;час
ширина или диаметр 1 | длина высота
Толкательные печи для высокого отпуска
Т75 75 600 3810 400 650 230
Т85 85 600 4550 400 650 280
Т95 95 600 5290 400 650 350
Т125 125 1200 5300 400 650 365
Т165 165 1200 6600 400 650 750
Толкательные печи для низкого отпуска
ТО35 I 35 I 900 I 2250 I 530 I 250 I 300
ТО55 1 55 | 600 [ 6145 1 400 | 250 I 350
Толкательные печи для отжига
ТОЗОО | 300 | 1200 | 7900 1 400 | 800 I 500
Примечание. Печи с металлическими нагревателями работают непосредственно от сети с напряжением 220 и 380 в. Печи электродные, а также с карборундовыми нагревателями работают через понизительные трансформаторы.
Таблица 155
Свойства металлических нагревателей [3]
Марка сплава Наивысшая рабочая температура Удельное сопротивление ом. мм*1м
Х15Н60 1000 1 10
Х20Н80 1100 1,15
Х13Ю4 850 1,30
1Х17Ю5 1000 1,24
0Х17Ю5 1000 1,24
1Х25Ю5 1150 1,35
0Х25Ю5 1200 1,35
Таблица 156
Огнеупорность и допускаемые температуры работы ____________________огнеупоров____________________
Наименование Огнеупорность Предел допускаемой температуры
А 1730 1300-1400
Шамотный кирпич Б 1670 1250-1300
В 1580 1200-1250
Динасовый кирпич I Tf 1710 1 AQA 1600-1650
X1 Корундовые (алундовые) из- 1 иии
делия 1900-1950 1600-1700
Карборундовые изделия (кар-
бофракс) 1850-2000 1400-1500
Графитовые изделия 2000 2000
Красный кирпич — 700—750
Таблица 157
Средний химический состав газов и их теплотворная способность [3] ____________
Наименование газа Химический состав в % Теплотворная способность ккал/м3
углекисл. I газ окись углерода метан тяжелые углеводороды =з о о 1=3 « азот
Доменный газ 11 27 ДО 1 3 58 900
Коксовый газ 2 7 23 2 58 8 3900
Светильный газ Генераторный газ (из ка- - 6 16 20 10 25 23 4500
менного угля) Генераторный газ (из сланцев, эстонский) Природн. газы: 4,5 25 2 0,2 13 55,3 1350
18 11 24 6 39 2 4760
саратовский — 0,7 94,3 2,7 1,8 1,2 8800
дашавский — 0,2 97,8 0,5 0,2 1,3 8500
куйбышевск. 0,8 — 75-80 8-10 — 11-13 8500
ухтинский 0,2 — 93 1,2 — 5,6 8150
368
Таблица 158
Характеристика теплоизоляционных материалов [3]
Наименование материалов Наибольшая температура применения в °C Объемный вес в кг1дм*
Диатомит необожженный в
кусках 800 0,68
То же в порошке . 900 0,3
То же обожженный в порошке 1000 0,55
Кирпич диатомовый 950 0,55-0,75
Кирпич пенодиатомовый . 900 0,40-0,55
Асбест распушенный 500 0,8
Асбестовый картон 500 0,90-1,2
Асбестовый шнур 300 0,80
Стеклянная вата 600 0,25-0,30
Стеклянное волокно 600 0,10-0,20
Пенобетон 300 0,40-0,50
Шлак котельный 800—950 0,7—1,0
Таблица 159
Химический состав и свойства карборундовых нагревателей
Тип карборундового нагревателя Химический состав в % Наивысшая темпе-ратуша Удельное электросопротивление в ом ,мм*1м при 20°С
У о СП и < о сл СаО + MgO
Силит 94,4 i 3,6 0,3 0,2 0,6 0,3 0,6 1500 1000— 2000
Глобар 96,0 •% 1,5 0,6 0,3 0,7 0,3 0,6 1500 930— 1950
24!/< Справочник
369
00 о
Таблица 160
Термическая характеристика газовых горелок пламенного горения низкого давления [14]
Тип горелки Производительность в м'/час Диаметр газо-и воздухопровода в мм Давление в мм вод. ст. и скорость в м/сек Размер сопла газовоздушной смеси в мм
газопровод воздухопровод газа воздуха
С раздельной по- ГЩ-1 5—15 25 25 22,5X50
дачей газа и воз- ГЩ-П/о 10-30 37 37 50-100 100—200 21,0X75
духа ГЩ-2 20-60 50 50 10-15 15-20 24,5x118
ГЩ-21/3 40-100 63 63 24,5x118
Щелевая ГЩ-3 60-140 75 75 50-100 100-200 53x120
ГЩ-4 100—200 100 100 10—15 15-20 58X150
ГЩ-5 150-300 125 125 68x183
Тангенциальная с ГТН-1 50-100 50 65 070
вихревым фа- ГТН-2 100-200 65 80 Не менее Не менее 090
келом ГТН-3 150-300 85 100 ч 80-100 100-150 0115
ГТН-4 200-400 100 125 10-15 15-20 0140
ГТН-5 300-600 125 150 Скор, смеси 0170
ГТН-6 500-1000 150 170 10—12 м/сек 0200
С вихревым фа- ГТ-1 100 67 80 Не менее Не менее 080
келом ГТ-2 160 85 100 80-100 100-150 0100
ГТ-3 250 106 125 10-15 15-20 0125
ГТ-4 400 132 160 Скор, смеси 0160
ГТ-5 630 170 200 10—12 М/сек 0200
ГТ-6 1000 212 250 0250
25 Справочник
Техническая характеристика форсунок [14]
Таблица 161
* Тип форсунки • Диаметр сопла в мм Производительность в кг/час при дав- лснии воздуха в мм вод. ст. Диаметр воздухопровода в мм
150 1 300 | 400 | 450 500 | 600 I 700
Одноступенчатые большой про- ФОБ-1 16 2 3 4 4,2 38
изводительности 20 3 3,7 6 —. 7 —
ФОБ-2 20 4 5,5 7 — 8 — — 50
26 5 8 10 — 12 — —
ФОБ-3 45 14 21 25 — 27 — 75
50 17 25 30 33 — —
ФОБ-4 70 25 25 41 — 45 — — 100
80 32 45 51 — 56 — —
Двуступенчатые большой про- ФДБ-1 50 — — — 20 22 24 25 50
изводительности ФДБ-2 64 — — — 30 34 37 40 75
ФДБ-3 70 — — — 48 52 56 60 100
ФДБ-4 90 — — — 76 82 89 95 125
А-40 40 — 16 18 20 22 24 —
А-30 30 — 11 13 — 14,5 16 17 65
Низкого давления („Стальпро- А-60 60 — 38 44 50 55 58 100
екта“) А-52 52 — 32 36 — 41 46 49 —
А-75 75 — 54 62 69 76 81 125
А-95 95 — 80 95 — 105 115 120 150
А-125 125 — 135 148 — 170 185 205 200
w ьэ
Таблица 162
Техническая характеристика закалочных баков треста «Электропечь»
Тип бака Ширина конвейерной ленты в мм Размеры бака в мм Емкость бака в м3 Произв. средняя в кв[час Скорость конвейера в м/мин
ширина длина высота
I. Конвейерные
ЗБК-400 I исп.* 400 1150 3600 1100 5,0 250 0,75
(ЗБ-400) И исп. 400 1100 4800 1200 5,4 0,04-0,34
ЗБК-600 I исп. 600 1150 3600 1100 5,0 400 0,75
(ЗБ-609) II исп. 600 1300 6000 1350 8,2 0,04—0,34
ЗБК-800 800 1950 6000 — 10 2000 —
II. Толкателы [ые **
ЗБТ-600 600X350 2100 1690 2080 4,5 350 —
(ЗБ-600Т)
ЗБТ-1200 1200X350 2360 2360 2170 6,8 750
(ЗБ-1200Т)
*Исполнение с охлаждением закалочной жидкости через емкости и с вентилятором для циркуляции жидкости.
** Для толкательных закалочных баков приведены размеры загрузочного стола и габаритные размеры.
Таблица 163
Техническая характеристика моечных машин треста «Электропечь»
Тип Емкость (кол-во раствора) в -И3 Ширина конвейера в мм Скорость конвейера в м/мин Тем-ра жидкости в °C Производительность в^кг(час Габаритные размеры в м
ММК-400 (ММ-400) 1,2 I. Конве] 400 черные 0,75 90 250 1,68X3.98X2,25
ММК-600 (ММ-600) 1,2 600 0,75 90 450 то же
ММК-800 (ММ-800) 2,2 800 — 90 2000 1.45 X 4.52x 2,39
ММТ-600 (ММ-600Т) 0,58 II. Толка! 600X2380* гельные 90 350 1,81X2,38X1,652
ММТ-1200 (ММ-1200Т) 0,80 А—400 1200—2380* — 90 750 2,35X2,38X1,66
Л-400
* Размеры камеры.
оо
Таблица 164
Характеристика машинных генераторов повышенной частоты
Наименование Тип Мощность в кет Частота в гц Напряжение в в Число об/мин к.п.д. в %
Генератор . ПВ-50-2500 55 2500 375-750 3000 70
Двигатель . ВДЭ-60-2 60 — 220-380 3000 —
Генератор . ПВ-100-2500 100 2500 375-750
Двигатель . ВДЭ-125-2 125 — 220—380 3000 72
Генератор ПВ-100-8000 110 8000 375—750 1500 63
Двигатель ВДЭ-130-4 130 — 220-380
Генератор ВГО-250-2500 250 2500 750-1500 3000 80
Двигатель КАНО-350-2 350 — 300-6000
Генератор . В ГО-500-2500 500 2500 750-1500 3000 75
Двигатель . АТМ-700-2 700 3000-6000
Таблица 165
Техническая характеристика промышленных ламповых генераторов для высокочастотного нагрева
Тип генератора Максимальная потребляемая мощность от сети в ква Максимальная колебательная мощность в кет Напряж в в Рабочая частота в кгц Генераторные лампы Выпрямительн. лампы Вес расплава стали в тигле в кг Время расплав стали в мин. Расход охлаждающей воды в л1час Габариты установки в мм Вес установки | в_кг 1
Е о СП О Е S I кол-во |
ЛГЗ-10 17,5 8 220/380 500-700 ГУ-89А 1 ВГ-237 6 — — 540 1180Х ( 750
лгз-зо 50 30 220/380 200 Г-431 1 ТР-1-6/15 7 — 870 1020 2750 х 1500 2700 X 2400
ЛГЗ-60 100 60 220/380 200 Г-431 2 ТР-1-6/15 7 — — 1500 3200
ЛГЗ-100 180 100 220/380 200 Г-433А 1 ТР-1-6/15 7 — — 2500 1500 2900Х 3300
ЛГЗ-200 350 200 380 200 Г-433А 2 ВГ-163 ТР-1/15 4 3 — — 5000 1700 5200Х 3200 5100
ЛГП-30 50 30 220/380 200 Г-431 1 ТР-1-6/15 7 25 60 870 3750 X 2500 . 2560
ЛГП-60 100 60 220/380 200 Г-431 2 ТР-1-6/15 7 50 60 1500 3750Х 2500 4020Х 2420 3360
ЛЗ-67 w сл 100 60 220/380 60-74 ГК-ЗА 1 ТР-61/15 7 — — — —
Рис. 57. Высокотемпературные топливные печи периодического действия бывш. «Союзтеплостроя».
№ по порядку I Размеры > мм Площадь пода в м* Сред, производит. в кг}час Габаритные размеры в мм
под" печи (ширина и глубина) рабочие окна (ширина и высота) А Б В Г Д Е
1 580X580 470X290 0,34 70 1 1 । 1060 1063 1720 1 4801100 । 480
2 810Х58Э 580X290 0,47 140 1430'1190 18 ;о* 585(1170 480
3 ЮбОХ'00 70JX370 0,74 ЗОЭ 1770(1290 I860 615П70 480
4 11 0X930 700X405 1,08 540 .2000 1650 1860 Illi 630 1120 1 450
Примечание. Печи отапливаются мазутом, распиливаемым форсунками низкого давления, расположенными с боковых сторон печей. Стены печей выполнены из шамота, под — тальковый. При замене форсунок горелками печи без принципиального изменения конструкции могут работать и на газе как низкого, так и высокого давления. На печах предусмотрена установка чугунных игольчатых рекуператоров для подогрева воздуха, идущего для горения.
376
Х9
б
Рис. 58. Электрические печи периодического действия серии Н бывш. треста «Электропечь»:
а - Н-15; Н-30; Н-45; б — Н-60; Н-75.
Габаритные размеры в мм
Тип печи А Б В 1г 1д Е Ж И
Н-15 ЗСО 650 270 1100 1200 1700 1470 1520
м Н-30 450 950 450 1270 1500 1200 1600 1650
Н-45 600 1200 500 1400 1750 2200 1700 1750
Н-60 750 1500 550 1730 2280 2830 1750 2290
Н-75 900 1800 L600 1880 2430 3130 1850 2390
377
Рис. 59. Высокотемпературные электрические печи серии Г бывш. треста «Электропечь».
Тип электропечи
Б
В
г
_Д
Е
Ж
3
к
Г-30
Г-50
300
450
400
700
250
350
345
345
1400
1500
1750
230
990
1550
1800
1900
260
1020
378
379
Рис. 61. Соляные двухэлектродные печи-ванны серии С бывш. треста «Электропечь»; в числителе указаны размеры для электропечи С-20, в знаменателе — для электропечи С-45.
Рис. 62. Соляные трехэлектродные печи-ванны серии С бывш. треста «Электропечь».
380
Рис. 63. Соляные шестиэлектродные печи-ванны серии С, предназначенные для нагрева до 600 и 850° изделий в расплавленных солях или в смесях солей бывш. треста «Электропечь»:
а — печь С-50; б — печь С-100.
1
I63C-----—J 1* 1435
38!
.1428
382
Рис. 65. Электрические печи серии Ц для газовой цементации бывш. треста «Электропечь».
‘Тип Габаритные размеры в мм
А Б1 в 1 г 1 д 1 _EJ _ж| 3
Ц-25 1789 1520 1420 1397 1980 750 450 0 300
Ц-35 1789 1520 1420 1570 2150 750 600 0 300
Ц-60 1980 1686 1590 1639 2220 750 600 0 450
1 Ц-75 1980 1690 1590 2015 2600 750 900 0 450
Ц-90 2170 11870 1770 2112 2700 750 •_90Э 0 600
Ц-105 2170 *1870 1770 2455 3050 750 1200 0 600
383
Рис. 66. Закалочные баки бывш. треста «Электропечь».
384
a
Л& fj0 CD
Рис. 67. Моечные машины:
a — тупикового типа; б — конвейерного типа;
1 — сетчатый конвейер; 2 — шестерня на ведущем валу конвейера, связанного с редуктором и электромотором (на рис. не показаны); 3 — верхние сопла или насадки, подающие сверху струи раствора на изделия, расположенные на конвейерной ленте; 4— нижние сопла, подающие раствор снизу вверх; 5 — трубы, подающие нагретый раствор к соплам; 6 — центробежный насос с электромотором, подающий содовый раствор в трубы 5; 7 — грязеочиститель, или фильтр; 8 — сборный резервуар для раствора, стекающего с конвейера; 9 — паропровод для подогрева раствора; 10— загрузочная и разгрузочная камеры машины, снабженные вытяжкой и закрытые с торцовых сторон занавесками 11 из листовой резины,
VIII. МЕТОДЫ ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ
Для измерения температуры при термической обработке применяются следующие приборы:
Термометры. Разделяются на ртутные, стеклянные и манометрические. Термометры применяются для измерения температуры от —50 до +500° в жидких и газовых средах. Некоторые из них допускают автоматическое регулирование температур (табл. 166).
Электрические термометры сопротивления основаны на свойствах некоторых проводников (платины, меди) однозначно и монотонно изменять электрическое сопротивление с изменением температуры. Подобные термометры представляют собой отрезок проволоки, намотанный на каркас и заключенный в защитную оболочку. Платиновые термометры сопротивления предназначены для измерения температур от —200 до +1500°, а медные от —50 до +100° (табл. 167). В паре с термометрами сопротивления используются показывающие и регулирующие приборы (табл. 168).
Термопары, основанные на возникновении при нагреве термоэлектродвижущей силы, применяются наиболее широко (табл. 169).
Данные по ТЭД приводятся в табл. 170.
Температуру холодного спая (свободных концов) следует поддерживать постоянной и достаточно низкой: при ней производится градуировка. Для отвода свободных концов до места с постоянной температурой термопары наращивают (удлиняют) компенсационными проводами (табл. 171). Иногда эти провода доводят до самого измерительного прибора или до компенсационного мостика. Если термопару соединяют с прибором без компенсационных проводов, то для этого следует применять медные провода с сечением не менее 1,5 лг и изоляцией, испытанной 386
на напряжение до 500 в; этими же проводами соединяют компенсационные провода с прибором. Применение вместо медных соединительных проводов железных или алюминиевых не разрешается.
Для измерения т. э. д. с., развиваемой термопарой, наиболее широко применяются пирометрические милли* вольтметры (гальванометры), разделяющиеся на показывающие и самопишущие (табл. 172, 173). С большей точностью определение т. э. д. с. производится с помощью п о-тенциометров и уравновешенных мостков. Потенциометрическое измерение основано на том, что т. э. д. с. от термопары уравновешивается равным по величине, но противоположным по знаку т. э. д. с., получаемой от постороннего источника тока, например от сухого элемента. Измерение потенциометрами является более точным, так как на их показания не влияет изменение сопротивления внешней цепи.
Потенциометры -могут быть переносные с ручным обслуживанием и стационарные с автоматической регулиров-кой. По устройству потенциометры разделяются на: электромеханические со сложным механизмом и нульмилли-вольтметром и электронные.
Следует сказать, что в народном хозяйстве применяются не только показывающие и самозаписывающие потенциометры, но и потенциометры, автоматически регулирующие температуру. Сведения об основных типах потенциометров приводятся в табл. 174 и 175.
Оптические пирометры применяются в том случае, когда температура выше 600—700°, то есть при свечении раскаленного тела. Ими можно измерять очень высокую температуру, так как нет непосредственного соприкосновения пирометра с объектом, температура которого измеряется. Применение термопар для измерения высоких температур ограничено, так как даже весьма жароупорные материалы термопар выходят из строя.
Оптические пирометры разделяются на пирометры частичного излучения и пирометры полного излучения.
Действие пирометров частичного излучения (с «исчезающей нитью», «пиропто») основано на принципе сравнения яркости накала нити электрической лампочки с яркостью свечения нагретого металла. К этой же группе относятся фотоэлектрические пирометры, в которых процесс измерения температуры автоматизирован, и имеется возможность применять записывающие и регулирующие приборы.
387
Таблица 166
Характеристика термометров [14]
Тип Шкала в °C Характеристика шкалы Краткое описание Длина в мм Назначение
от до раб. части верхней части
1 Ртутные стеклянные
1. Технические с вложенной шкалой 0 0 0 0 0 0 0 +50 +100 + 150 +200 +250 +300 +350 0,5 и; 1,0 0,5 1,0 1,0 1,0 или 2,0 2,0 2,0 2,0 Капилляр заполнен инертным газом— азотом. Термометры прямые и изогнутые под углом 90, 120 и 135" 85,130 180,230 280,330 430,530 750,1000 Прямых 220 ±10 Изогнут. 250 ± 15 Измерение температуры в закалочных баках, печах-ваннах — масляных для низкого отпуска и соляных для изотермической закалки
0 +400 2,0 и; 5,0
0 + 450 5,0
0 +500 5,0 или 10,0 i
26 Справочник
Шкала в °C Характери- Краткое описание
Тип, от | до стика шкалы
0 + оО 1,0 Прямые и|
0 +100 1,0 изогнутые под
0 4-100 1,0 углом 90°; с
0 4-200 2,0 одним контактом на 20, 35 или 45°. То
2. Контакт- 0 4-50 1,0 же на 150или1
ные + 100 1,0 75°. То же с1
0 + 100 1,0 двумя контак-
0 +200 2,0 тами на 80, 50 и 60°, или на
65° и 80°, или на 135 и 155°
Продолжение таблицы 166
Длина в мм
раб. части 'верхней части
85,130 230,330 и 530 Прямых 135 ±5 Изогнут. 160 ±5
Назначение
Автоматическое регулирование температуры в закалочных баках, при этом для всех контактных термопар
применение ного тока: 6 в или 0,5 а 12 в; 0,15 а при 24 & (постоянный ток)
допускается перемен-1 а при при
Тип Шкала в °C Характеристика шкалы Краткое описание
от до
И. Манометрические 1. Жидкостные с рабочей жидкостью: а) мети- Термометры состоят из термобаллона, капилляра, трубчатой пружины, указывающей шкалы
ловым спи- ртом СН3ОН б) ксило- -46 +150 Равномерная шкала Равномерная шкала до и самопишущего механизма. В некоторых термометрах в капил-
лом сбн4 (СН3)2 в) рту- —40 +400 120°, далее— неравномерная ляре вставлена проволока из специального сплава для компенсации
тью Hg -30 +500 Равномерная изменения внешней температуры в пределах от -20 до +50°
Продолжение таблицы 166 I
Размеры в мм | Назначение
Длина капилляра
20,0 м
Измерение и автоматическое регулирование температуры в закалочных баках и печах-ваннах — масляных и соляных
22,0
10,0—20,0
Тип Шкала в °C Характеристика шкалы
от до
2. Паровые с рабочей испаряющейся жидкостью: 4-40 Неравномерная, цена деления (ЦД) Ю,5 и 2°
Хлорме-тилом ТПС--120 4-40 4-120 ЦД 5° (40-- 60°), 2° (60-120°)
Ацетоном ТПС-200 4-50 4-200 ЦД 10° (50-100°) 5° (100—150°), 2°( 150—200°)
Продолжение таблицы 166
Краткое описание Размеры в мм Назначение
Термобаллон заполняется на 2/3 объема кипящей жидкостью: хлор-метилом, хлор-этилом, эфир-этилом,ацетоном или бензолом
Капилляр и пружина заполняются глицерином в смеси с водой или спиртом Корпуса0 265 Л = 118 Тормобал-лона /=250 /раб= 100 Измерение температуры газов, воздуха и жидкостей в установках при давлении до 600 атм
Максимально допустимая рабочая температура механизма и капилляра до 4“ 50° Длина капилляра 15 м (для ТПС-120) и 30 м
Тип Шкала» в °C Характеристика шкалы
от | до
Ацетоном +50 +200 ЦД 10°
ТПП-200 (50—100°),
5° (100-
150°),
2° (150—
200°)
3. Газовые 0 +110
Тип ТГ 0 +150
азотный 0 +200
0 +зоо
1
Продолжение таблицы 166
Краткое описание Размеры в мм Назначение
Наибольшее расстояние от места измерения температуры до прибора 14 м (для ТПС-120) и 29 м Глубина погружения 130-250
Термометры показывающие или самопишущие на одну или две кривые. Привод от моторчика Уоррена. Термобаллон имеет диаметр 22 мм у длину 186—408 м 30-40 Измерение температуры газов, воздуха и различных жидкостей в установках три давлении до 60 атм
Тип Шкала в °C от | до Характеристика шкалы
Т Г-270
ТГ-278
ТГ-410
ТГ-610
ТГ-618
Продолжение таблицы 166
Краткое описание Размеры в мм Назначение
Показывающий Показывающий с сигнальным устройством Самопишущий с приводом диаграммы от часового механизма Самопишущий с приводом диаграммы от синхронного двигателя Самопишущий с сигнальным устройством
Пирометры полного излучения (радиационные пирометры, «ардометры») измеряют полную лучистую энергию нагретого тела, концентрируя ее с помощью линзы на спае термопары. Эти пирометры удобны в паре с соответствующим электроизмерительным прибором для записи измеряемых температур, а также для их автоматической регулировки. Сведения об оптических пирометрах даны в табл. 176.
Таблица 167
Сопротивление электрических термометров сопротивления при 0° [5]
Обозначение градуировки J Материал чувствительного элемента Сопротивление при 1=0° абс. ом
11 а Платина 46
12 а 100
2 а Медь 53
Таблица 168
Перечень и краткая характеристика приборов, работающих в паре с термометрами сопротивления [5]
Наименование Тип Краткая характеристика
Логометр с профильной шкалой показывающий Уравновешенный мост автоматический показывающий или самопишущий То же с электрическим регулирующим ЛПБ-46* АУМ Для измерения температуры Для измерения температуры в одной, трех или шести точках Для измерения и регулирования темпера-
устройством АУМР туры в одной или трех точках
394
Продолжение таблицы 168
Наименование Тип Краткая характеристика
То же с пневматическим регулирующим АУМР То же для печей с жидким или газо-
устройством Электронный уравновешенный мост автоматический, самопи- образным топливом Для измерения температуры в одной
шущий То же с электрическим позиционным ре- Э ДМ-207 точке Для измерения и регулирования темпе-
гулятором То же с пропорциональным регулятором То же с пневмати- ЭМД-217 ЭДМ-227 ратуры в одной точке Для измерения и ре-
ческим регулятором ЭДМ-237 гулирования температуры в печах с жидким или газообразным топливом
* Обозначение ЛПБ-46 в настоящее время заменено ЛПр-53.
395
оо
Техническая характеристика термопар [13]
Таблица 169
Тип термопары Общая характеристика Характеристика защитного чехла Температура применения в °C Длина в мм Максимальная глубина погружения в мм Длина наконечника в мм
при длительном применении при кратковременном применении
<4 m о СЧ тп-п С фарфоровым наконечником Фарфоровый 1300 1600 400 650 900 1150 1400 1900 1 200 200 400 400 400 400 । 300 300 500 500 500 500
Е 1 ТП-IV Лаборатория без контактных за- Фарфоровая труба с бакелитовой — — ' 1000 800 400
жимов головкой
5 Ей тп-v То же То же — — 500 300 —
О ТУ-VI Коленчатая Сталь ЗИ87 400 250
сЧ тх-п Коленчатая без Из стали 20 с
Е штуцера наконечником: из стали Х27 из стали 1Х18Н9Т 1000 800 — 500X400 500
Тип термопары Общая характеристика Характеристика защитного чехла
Из стали 1
Хромель—алюмелевая
TX-VII
TX-VIII
ГХ-ХШ
С неподвижным штуцером С неподвижным штуцером
Без штуцера с муфтой и без муфты
Из стали 20 с наконечником: из стали 1Х18Н9' из стали Х27
Из стали 20 с наконечником: из стали 1Х18Н9Т из стали Х27
TX-XV
Ма лоине рционная с неподвижным штуцером
Из стали 2X13 с гладким наконечником
Продолжение таблицы 169
Температура применения в °C Длина в мм Максимальная глубина погружения в мм Длина наконечника в мм
при длительном применении при кратковременном применении
800 — 850 650 —
350 150
400 200
800 500 300
1000 600 400
950 750
1500 1300
500 200 300
750 200 300
800 1000 400 500
1000 1250 400 500
1500 650 750
2000 900 1000
2500 1150 1250
3000 1400 1500
600 — 300 100
400 200
500 300
Go co
00 Тип термопары Общая характеристика Характеристика защитного чехла
ТХА-146 Малоинерционная Из стали 1Х18Н9Т
-алюмелевая ТХА Без штуцера Из стали 20 с наконечником из стали Х25Т
Хромель- ТХ-Х-12 Гибкая, без арматуры; изоляция из фарфоровых бус 1
Продолжение таблицы 169
Температура применения в °C в мм иальная । погру-в мм , 3$ о 3$ X сп
сП = К « « =
при дли- при кратко- К £ X S
тельном временном
применении применении »=( < 2 * к
800 500 300
750 550
1000 800
1250 1050
1500 1300
2000 1800
1000 — 1000 380 480
1250 480 580
1500 630 730
2000 880 980
2500 ИЗО 1230
800 1200
Тип термопары Общая характеристика Характеристика защитного чехла
к СО со TXK-VIII С неподвижным штуцером Из стали 20 или из стали 20 с наконечником из стали 1Х18Н9Т
Хромель—копеле ТХК-Х1П Без штуцера с муфтой или без муфты Из стали 20 с наконечником из стали 1Х18Н9Т
Продолжение таблицы. 169
Температура применения в °C Длина в мм Максимальная глубина погружения в мм 1 Длина наконечника Н мм
'при дли-< тельном применении при кратковременном применении
600 800 350 150
400 200
500 300
600 400
950 750
1500 1300
600 500 200 300
750 200 300
1000 400 500
1250 400 500
1500 650 750
2000 900 1000
2500 1150 1250
3000 1400 1500
Тип термопары Общая характеристика Характеристика защитного чехла
о; сз со си ТХК-146 Малоинерционная Из стали 1Х18Н9Т
о е TXK-XV Малоинерционная Из стали 2X13
Хромель—ко с неподвижным штуцером с гладким наконечником
Продолжение табл. 169
Температура применения в °C Длина в мм Максимальная глубина погружения в мм Длина наконечника в мм
при длительном применении при кратковременном применении
600 500 300
750 550
1000 800
1250 1050
1500 1300
2000 1800
600 300 100
350 150
400 200
500 300
Таблица 170
Термоэлектродвижущая сила термопары в мв при температуре свободных концов 0э [5]
Температура рабочего конца Платинородий— платина ПП Хромель—алюмель ХА Хромель -копель ХК Железо—копель Ж К Медь—копе л г, МК
100 0,64 4.10 6 ,95 5,75 4,75
200 1,42 8,13 14,66 12,00 10,29
300 2,31 12,21 22,91 18,11 16,49
400 3,24 16,40 31,49 24,56 23,14
500 4,21 20,65 40,16 30,91 30,16
600 5,21 24,91 49,02 37,41 37,48
700 6,25 29,15 57,77 44,12
800 7,32 33,32 i 66,42 51,17
900 8,43 37,37
1000 9,57 41,32
1100 10,74 45,16
1200 11,95 48,87
1300 13,16 52,43
1400 14,36
1500 15,56
1600 ► 16,77
Таблица 171
Компенсационные провода для стандартных термопар [5]
Наименование термопары Материал компенсационных проводов Т. э. д. с. компенсационных проводов при /=100°С и /°=0°С в мв Электросопротивление в ом проводов длиной 1 м при сечениях
положительный отрицательный
1 мм* |1,5 мм^2,5 мм2
Сплав в 99,4%
Платинородий — плати- Медь Cu+0,6Ni 0,64±0,03 0,05 0,03 0,02
на
Хромель — алюмель Хромель Алюмель 4,1 ±0,30 0,94 0,63 0,38
Хромель — алюмель 1 Медь — константан J Медь Константан 4,16+0,15 0,52 0,35 0,21
Хромель —копель Хромель Копель 6,95±0.30 1,15 0,77 0,46
Железо — копель Железо Копель 5,75 + 0,25 0,61 0,41 0,24
Железо — константан Железо Константан 5,15 0,61 0,41 0,24
Медь — копель Медь Копель 4,75±0,15 0,50 0,33 0,20
Примечания: 1. Для хромель-алюмелевых термопар рекомендуется применение медь-константановых компенсационных проводов, как менее дорогих и имеющих меньшее сопротивление. 2. Термопары медь—константан и железо — константан не стандартизованы, но иногда применяются в эксплуатации.
Таблица 172
Модификация и основные характеристики пирометрических милливольтметров [5]
Обозначение* Модификация Применение Шкала !' «=( 03 Способ монтажа С? . СЗ К к а IL Оси Вариация в % Температ. погреш. в%
МП-08 Переносный показывающий Для работы с термопарами из любых материалов и радиационным пирометром Дуговая 140 — ±1,0 ±1,0 0,5
МС-08 Стационарный показывающий Для работы с термопарами из неблагородных металлов 115 Настенный или утоп-. ленный ±1,5 ±1,5 0,75
МПБ-46 Стационарный показывающий профильный Для работы с термопарами из любых материалов и радиационным пирометром Горизонт, профильная 180 Утопленный ±1,5 ±1,5 0,75
СГ Стационарный самопишущий То же То же 135 Утопленный или настенный ±1,5 ±0** 0,75
* В последнее время обозначения милливольтметров изменены; в верхней строке даны старые обозначения, в нижней — новые:
г ’ МПШпп-54 МПЩпп-54 МРЩпр-54 МПП-054 МПП-154
МП-28 МП-38 СГ СГ-1 СГ-3 СГ-6
МПП-254 МПП-354 МСЩпр-054 МСЩпр-154 МСЩпр-354 МСЩпр-654
** Вариация у СГ очень мала, так как подвижная система монтируется не на кернах,
403
а на растяжках.
Таблица 173
Пределы измерений и величины внешних сопротивлений пирометрических милливольтметров [5]
Температурный приемник Обозначение градуировки Пределы измерений Внешнее сопротивление в ом
для стационарных приборов 1 для переносных 1 приборов
Телескоп радиационного пирометра * Термопара платинородий— платина * РП пп 900-1800° 0-1600° 15 0,85 1,6 15
Термопара хромель—алюмель ХА 0-1300° 0,6** 0,6 5 15
Термопара хромель — копель ХК =>о 1 1 1 1 1 О ОО о о о о □ 5 15 25 5 15 25 5 15 25*** 5 15 25 5 15 25*** о 15 0,6 5 15 0,6 5 15 0,6 5 15 0,6 15 0,6 15
* Кроме МС-08.
** Только МС-08.
*** Только СГ.
Таблица 174
Пределы измерений и величины внешних сопротивлений потенциометров и автоматических уравновешенных мостов [5]
Температурный приемник Обозначение градуировки Пределы измерения в °C Внешнее сопротивление в ом
Потенциометры
Радиационные пирометры Термопары платиноро- РП 900-1800 18
дий—платина . . Термопары хромель- пп 0—1600 18
алюмель . . Термопары хромель— ХА 0-1100 600-1100 400-900 0—800 0-600 30
копель хк 0-600 200-600 0-400 0-300
Уравновешенные мосты
Термометры сопротивления платиновые . На 0-L+500 -1-2004-4-500 04-4-400 0-L+300 O-j-+ 200 04’4-150 2,5X2
-1204-- рзо
Термометры сопротивления медные 2а 04-4-100
04— (-50)4 ' (-50) + J-50 (+Ю0) (+50) 2,5X2
27 Справочник
405
Таблица 175
Модификация электронных потенциометров типов ЭПУ и эпд [5]
* В настоящее время потенциометры типов ЭПУ-18 и ЭПУ-28 заменены более совершенными приборами ЭПВ-01 с барабанной шкалой с большим числом модификаций.
Таблица 176
Характеристика оптических и радиационных пирометров [14]
Тип Условное обозначение Шкала й °C Техническая характеристика
Оптический с исчезающей нитью (частичного излучения) ОППНР--45 1)4-700 до 4-1400 2)+1200 до 4-2000 Предельная погрешность измерения в % от номинального ±1,5 То же дополнительная ±1,5н Максимальное выдвижение тубуса объектива 28 мм То же окуляра 29 мм Расстояние от измеряемого источника тепла 0,5—5,0 м
406
Продолжение таблицы 176
Тип Условное обозначение Шкала в °C Техническая характеристика
Радиационные (полного излучения): переносный РП 1 4-700 Погрешность показаний
стационарный рпс) до 1800 от наибольшего значения шкалы ±2% Габаритные размеры телескопа 136X77X75 мм Вес прибора (РП)—6«г Измерители, приборы: ГНКП или МП-08 для приборов РП; ПГУ или МПБ-48;СГ;КГ или любой из автоматических для приборов РПС
27*
IX. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В ТЕРМИЧЕСКИХ ЦЕХАХ (Краткие сведения)
Нормальные условия труда в термических цехах обеспечивает прежде всего хорошая вентиляция. Необходимость особого внимания к вентиляции вызывается тем, что в процессе проведения операции термообработки возможно выделение вредных паров свинца, синильной кислоты, окиси углерода и др. Должны быть созданы условия для хорошего естественного проветривания помещения, устройства общей приточно-вытяжной системы, а также устройства местных отсосов у оборудования (печей, ванн, баков), где наблюдается выделение вредных газов (табл. *177).
Таблица 177
Устройство местных отсосов от установок для термообработки [13]
Характеристика процесса Характеристика вредных изделий Допустимая концентрация по санитарным нормам в мг[л Рекомендуемый способ отсоса
Закалка и отпуск в масляной ванне Пары масел, дым, избыточное тепло 0,3 Бортовой отсос при закалке крупных изделий, отсос со сдувом
408
Продолжение таблицы 177
Характеристика процесса Характеристика вредных изделий Допустимая концентрация по санитарным нормам в мг/л Рекомендуемый способ откоса
Нагрев в среде расплавов: селитровые Продукты Не Не требуется
ванны цианистые ванны свинцовые ван- разложения селитры Цианистые соединения, избыточное тепло Пары свинца, нормируется 0,0003 0,00001 Вытяжной шкаф или
ны ванны с хлористым барием, щелочью и пр. Нагрев в пла- избыточное тепло Продукты разложения солей, избыточное тепло Избыточное 0,03 вытяжной зонт, а также бортовой отсос Вытяжной
менных печах Нагрев в элек- тепло, окись углерода Избыточное зонт Вытяжной
тропечах Нагрев в печах с контролируемой атмосферой: водородной тепло,продукты горения масла, следы карбюризатора и других веществ Водород зонт Вытяжные
аммиачной Аммиак 0,2 0,3 ! зонты В помещении
горючих газов Углеводоро- обменная вен-
ды, окись углерода 0,03 • гиляция
409
При работе у газовых печей нужно прежде всего убедиться в герметичности всех газопроводов и в исправности вытяжной вентиляции. Следует проверить подачу воздуха в печь и весь воздух вытеснить при помощи свечей, которые устанавливают в конце газопровода. При остановке печи нужно выключить газ, а затем остановить подачу воздуха в печь. При разжигании печи стоят сбоку нее, а для защиты глаз надевают очки. В случае прекращения подачи воздуха в горелки надо немедленно выключить газ, а при прекращении подачи газа — сейчас же прекратить поступление воздуха.
При определенном процентном содержании воздуха в газовой смеси возможно взрывообразование и самовоспламенение '(табл. il7B).
Таблица 178
Условия взрывообразования и самовоспламенения некоторых видов топлива [13]
Наименование среды Содержание газа в воздухе в % по объему Температура самовоспламенения в °C
Пыль бурых углей 6-11 200-250
Пары мазута . 2-6 580—650
Природный газ 5—15 680—750
Окись углерода 12,8-74,2 625-675
Аммиак 16-27 —
Водород . 4-75 —
Ацетилен 2,8-85
При содержании в воздухе более 0,1% сероводорода и более 0,002% окиси углерода наступает тяжелое отравление.
При работе на термических печах, отапливаемых жидким топливом, например мазутом, необходимо прежде всего строго соблкадать противопожарные правила и правила зажигания форсунок.
Рекомендуется следующий порядок зажигания форсунки:
1) открыть дымовой шибер;
2) продуть воздухом (паром) топочное пространство и закрыть воздушный (паровой) кран;
410
3) положить зажженную тряпку (паклю) перед форсункой;
4) приоткрыть кран, подающий мазут;
5) пустить воздух или пар;
6) для предупреждения обратного удара пламени при пуске печи подачу мазута производить осторожно, медленно вращая маховичок форсунки.
Электрические печи сопротивления, применяе мые при термообработке, более безопасны, чем пламенные. Однако следует и здесь соблюдать технику безопасности. Печи должны быть защищены заземлением, и их части, находящиеся под напряжением, должны быть ограждены. Загрузку и выгрузку изделий следует производить при помощи приспособлений таким образом, чтобы не было соприкосновения деталей с нагревательным устройством. Работающие должны быть в резиновых перчатках и стоять на резиновом коврике.
При несоблюдении указанных требований возможно поражение электрическим током.
При работе на печах-ваннах с расплавленными солями или свинцом следует соблюдать следующие основные правила:
1) кладка электродно-соляной ванны должна быть тщательно просушена, так как в противном случае через несколько часов работы возможен взрыв с выбросом соли;
2) изделия и приспособления должны быть сухими и подогретыми до 100—150°. Попадание влаги в соль или свинец приводит к выбросу последних, что может причинить ожоги работающим;
3) если соль или свинец разольются, то их надо засыпать сухим песком. Заливка водой, применение огнетушителей недопустимы. В случае прогара тигля ванны подогрев немедленно выключают и соль (свинец) спускают в аварийный слив;
4) свинец или соль надо в ванну добавлять небольшими порциями. Соль следует тщательно высушить, а свинец^ прогреть.
При использовании для нагрева селитры следует помнить, что при 550° и выше она самозагорается, а при соединении с углем, сажей и маслом дает взрыв (выброс). Работа в печах-ваннах должна проводиться в очках и рукавицах при исправной вентиляции-
Закалка изделий в масле приводит к выделению большого количества паров масла, которые должны быть удалены. Делается это лучше всего устройством веп-
411
тиляционных местных отсосов от закалочных баков. Конструкция бака должна предусмотреть охлаждение масла во избежание его вспышки (табл. 179). Для слива масла из
Таблица 179
Температура вспышки масел [13]
Наименование масла Температура вспышки в °C Наименование масла Температура вспышки в °C
Веретенное 165 Дизельное . 210
Машинное . 180 Солярное . • 125
Вапор . 310 Касторовое . . . 275
Льняное 240 Цилиндровое 300
баков, маслопроводов, закалочных машин в цехе должен быть аварийный бак. При загорании масла бак следует немедленно накрыть плотно пригнанной крышкой, чтобы предотвратить доступ воздуха к горящему маслу.
Твердая цементация должна производиться с применением готового карбюризатора, поставляемого специализированным предприятием. Приготовление карбюризатора на машиностроительных заводах допускается только в изолированном помещении с самостоятельной вентиляцией.
Тушение горящей или тлеющей пыли следует вести с помощью углекислого газа (из баллонов) или из огнетушителей. Цементировщики должны работать в спецодежде, пропитанной огнестойким составом, и иметь защитные очки и рукавицы.
Газовая цементация и газовое цианирование (нитроцементация) проводятся только в герметических муфелях. Перед началом работы муфель и подводящая магистраль для предупреждения взрыва должны продуваться углекислым газом или азотом.
Жидкое цианирование производится в смеси, содержащей ядовитые и вредные цианистые соли. В связи с этим отделение для цианирования должно быть изолировано от других помещений термического цеха и иметь самостоятельную приточно-вытяжную вентиляцию. Все приспособления для цианирования запрещается выносить из отделения. Работа с цианистыми солями должна вестись в
412
спецодежде, рукавицах и защитных очках. После работы цианировщикм обязаны тщательно промывать руки горячей содовой водой. Хранение цианистых солей и их взвешивание допустимы только в шкафах с вентиляцией. Загрузку солей в ванну производить небольшими порциями во избежание образования >в ванне пены и переливания жидкой соли через борт ванны. В помещении отделения во избежание образования ядовитого синильного газа хранить кислоты запрещается. Во избежание взрыва категорически запрещается загрузка влажных изделий и приспособлений -в ванну (как и в обычные ванны-печи), а также изделий со следами селитры. После цианирования изделия должны быть тщательно промыты, а промывные воды нейтрализованы. Промывку цианированных деталей ведут в горячей содовой воде, которая затем обезвреживается добавкой 5—7% железного купороса. Обезвреживание отработанных солей и осадков ванны проводится путем обработки их смесью 10%-ного водного раствора железного купороса и гашеной извести (соотношение между ними по весу 6 3). Свежеприготовленную смесь заливают в бак, а затем в него небольшими порциями вводят отработанные соли или осадки ванны. В течение 20—30 мин. проводят перемешивание, и после выдержки в баке в течение 3—4 часов производится слив в канализацию.
Монтаж и эксплуатация высокочастотных установок в термических цехах производится в соответствии с «Правилами технической эксплуатации электроустановок промышленных предприятий» (Госэнерго-издат, il947 г.).
Электромагнитные волны, излучаемые ламповыми и машинными генераторами (частота 2500—500 000 гц), сами по себе не оказывают вредного влияния на работающих. Однако при работе с ламповыми генераторами следует помнить, что в их электрической схеме имеются участки под напряжением до 12000 в. Поэтому аппаратура любых типов генераторов, находящихся под напряжением, должна быть ограждена, а корпуса генераторов заземлены. Шина защитного заземления должна быть также присоединена к станинам приспособлений или закалочных станков. Установки должны быть, как правило, снабжены электрической и механической блокировкой, которая связана со входной дверью внутрь генератора. При открывании двери происходит отключение питания генератора. Снятие блокировки генератора при работе или при ремонте категорически воспрещается. Нагревательный индуктор на
413
ходится под напряжением 500—1000 в. Поэтому к нему прикасаться не следует, так как это вызовет ожог. Эксплуатация и ремонт высокочастотных установок должны производиться высококвалифицированными специалистами — монтерами. К работе у закалочного контура допускаются лица, прошедшие специальный инструктаж.
Литература и источники*
I. Справочники
'1. Болховитинов И. Ф. и Болховитинова Е. Н. Атлас нормальных микроструктур металлов. Машгиз, 1955.
2. Жолобов В. В. и Зедин Н. Н. Металлографический атлас по меди и медным сплавам. Металлургиздат, 1949.
3. Каменичный И. С. Краткий справочник термиста. Машгиз, 1954.
4. Либерман Л, Я. и Пейсихис М. И, Справочник по свойствам сталей, применяемых в котлотурбостроении. Машгиз, 11955.
5. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна (Справочник). Металлургиздат, '1956; т. I, изд. 2-е, 1961.
6. Самошин И. Г и Токмакова Л. Е. Справочник молодого термиста. Трудрезервиздат, 1958.
7. Садовский В. Д. Превращение переохлажденного аустенита (атлас диаграмм). Металлургиздат, 1948.
8. Справочник металлиста. Т. 3. Машгиз, 1959.
9. Справочник технолога-машиностроителя. Тт. 1—2. Машгиз, 1958—11959.
40. Справочник машиностроителя. Тт. 5, 6. Машгиз, 1956.
11. Справочник по машиностроительным материалам. Тт. I—HI. Машгиз, 1959.
12. Справочник по сталям и методике их испытаний (пер. с немецкого). Металлургиздат, 1958.
13. Филинов С. А. и Фиргер И. В. Справочник термиста. Машгиз, 1960.
44. Шмыков А. А. Справочник термиста. Машгиз, 1956 и 1961.
15. Энциклопедический справочник «Машиностроение». Тт. 3, 4, 7 и 14. Машгиз, 11946--11949.
* В список включена только литература последних лет издания.
414
II. Методы испытания и исследования металлов и сплавов
16. Авдеев Б. А. Техника определения механических свойств металлов. Машгиз, 1952.
’17 . Гогоберидзе Д. Б. Твердость и методы ее измерения. Машгиз, Л953.
18. Лаборатория металлографии (под ред. Б. Г. Лившица). Металлургиздат, 1958.
19. Лившиц Б, Г. Физические свойства металлов. Машгиз, 1959.
20. Левин Е. Е. Микроскопическое исследование металлов. Машгиз, 1955.
21. Погодин-Алексеев Г И., Геллер Ю. А., Рах-штадт А. Г. Металловедение (методы анализа, лабораторные работы 1и задачи). Оборонгиз, 1956.
22. Хрущов М. М. ,и Беркович Е. С. Приборы ПМТ-2 и ПМТ-3 для испытания на микротвердость. Изд. АН СССР, 1950.
III. Общие вопросы металловедения
23. Бочвар А. А. Металловедение. Металлургиздат, 1956.
24. Болховитинов Н. Ф. Металловедение и термическая обработка (учебник). Машгиз, 1958.
25. Гуляев А. П. Металловедение (учебник). Оборонгиз, 1956.
26. Кащенко Г. А. Основы мет а л доведения (учебник). Машгиз, 1959.
27. Лахтин Ю. М. Основы металловедения. Машгиз, 1957.
28. Лившиц Б. Г. Физические свойства сплавов. Машгиз, 1956.
29. Уманский Я. С. и др. Физическое 'металловедение. Металлургиздат, 1955.
IV. Сталь
30. Ассонов А. Д. Металлы и сплавы в автостроении. Машгиз, 1956.
31. Беренштейн М. Л. Стали и сплавы для работы при высоких температурах. Металлургиздат, 1956.
32. Браун М. П. Высоколегированные ферритные и аустенитные стали. Машгиз, 1954.
33. Бокштейн С. 3. Структура .и механические свойства легированной стали. Металлургиздат, 1954.
34. Вязников Н. Ф. Легированная сталь. Металлургиздат, 1951.
415
35. Гудремон Э. Специальные стали. Тт. :1 и 2. Металлу^ гиздат, 1959—1960.
36. Геллер Ю. А. Инструментальные стали. Металлургиздат, 1955 и 1961.
37. Довгалевский Я. М. Сплавы для постоянных магнитов. Металлургиздат, 1954.
38. Делле В. А. Легированная сталь. Металлургиздат, 1954.
39. Займовский А. С. и Чудновская Л. А, Магнитные материалы. Госэнергоиздат, 1957.
40. Лившиц Б. Г. и Львов В. С, Высококоэрцитивные сплавы. Металлургиздат, 1960.
41. Меськин В. С. Основы легирования стали. Металлургиздат, 1959.
V. Чугуны
42. Бобро Ю. Г. Жаростойкие и ростоустойчивые чугуны. Машгиз, I960.
43. Бунин К. П. и др. Структура чугуна. Машгиз, 1952.
44. Богачев И. Н, Металлография чугуна. Машгиз, 1952.
45. Ващенко А. И. и Софрони Л. Магниевый чугун. Машгиз, 1957.
46. Гиршович Н. Г. Чугунное литье. Металлургиздат, 1949.
47. Гречин В. П. Легированное чугунное литье. Обо-рон!гиз, 1952.
48. Довгалевский Я. М. Чугуны с особыми свойствами. Металлургиздат, 1957.
VI. Термическая обработка стали и чугуна
49. Ассонов А. Д. Термическая обработка деталей автомобиля. Машгиз, 1958.
50. Гуляев А. П. Термическая обработка стали. Машгиз, 1960.
51. Конторович И. Е. Термическая обработка стали и чугуна. Металлургиздат, 1950.
52. Потак Я. М. и Шор Э. Р. Термическая обработка сталей для самолетостроения. Оборонгиз, 1948.
53. Раузин Я. Р. Термическая обработка хромистой стали. Машгиз, 1955.
54. Соколов К. И. Технология термической обработки стали. Машгиз, >1954.
416
55. Сергейчев И. М. и Печковский А. М. Термическая обработка режущего и измерительного инструмента. Машгиз, 1960.
VII. Поверхностная обработка стали и чугуна
56. Головин Г. Ф. м Замятин М. М. Высокочастотная термическая обработка. Машгиз, 1959.
57. Евангулова Е. П. Контроль качества поверхностной закалки. Машгиз, 1954.
58. Кидин И. П. Термическая обработка стали при индукционном нагреве. Металлургиздат, 1950.
59. Лахтин Ю. М. Методы поверхностного упрочения деталей машин. Машгиз, 1950.
60. Лозинский М. Г. Поверхностная закалка и индукционный напрев стали. Машгиз, 1949.
61. Минкевич А, И. Химико-термическая обработка стали. Машгиз, 1950.
62. Шепеляковский К. 3. и Рыскин С. Е. Техника применения индукционного нагрева. Машгиз, 1949.
VIII. Цветные металлы и сплавы
63. Воронов С. М. Деформируемые алюминиевые сплавы. Машгиз, 1951.
64. Глазунов С. Г. и Соболев В. П. Титановые сплавы. Оборонгиз, 1958.
65. Мальцев М. В., Барсукова Т. А., Борин Ф. А. Металлография цветных металлов и сплавов. Металлургиздат, 1960.
IX. Оборудование термических цехов
66. Грошев М. В. Газовые нагревательные печи. Машгиз, 1952.
67. Ерохин А. П. и Самохин И. ГЕ Механизация и автоматизация в термических цехах. Машгиз, 1953.
68. Рустем С. Л. и Гаращенко А. Я. Оборудование термических цехов (учебник для техникумов). Машгиз, 1953.
69. Стародубов К. Ф. Оборудование термических цехов. Металлургиздат, 1948.
70. Шмыков А. А. и Малышев Б. В. Контролируемые атмосферы при термообработке. Машгиз, 1953.
417
X. Тепловой контроль
71. Гордое В. Н. и др. Методы измерения температур в промышленности. Металлургиздат, 1952.
72. Львов М. А. Приборы для измерения температур в металлургии. Металлургиздат, 1944.
73. Миронов 1\. А. и Шипетин Л. И. Теплотехнические измерительные приборы. Машгиз, 1954.
XI. Техника безопасности
74. Каменичный И. С. Памятка по технике безопасности для термистов. Гостехиздат, УССР, 1950.
75. Райхер С. А. Техника безопасности в термических цехах. Машгиз, 1950.
76. Цейтлин Б. В. Безопасность труда при процессах термической обработки металлов. Профиздат, 1955.
ОГЛАВЛЕНИЕ
t. Металлография
Макроанализ Микроанализ
3
3
4
II. Методы определения твердости металлов III. Сталь 17 34
Основные положения термической обработки 35
Конструкционные стали 67
Инструментальные стали 96
Стали с особыми физическими свойствами 119
IV. Чугуны . 154
Белые чугуны 154
Серые чугуны 155
Высокопрочные чугуны 169
Ковкие чугуны 174
Легированные чугуны ..... . . V. Термическая и химико-термическая обработка 180
стали и чугуна 181
Технология нагрева 181
Окисление и обезуглероживание 188
Закалка 194
Отпуск 213
Отжиг и нормализация 213
Обработка холодом . 214
Поверхностная закалка . 222
Химико-термическая обработка стали . . Термическая и химико-термическая обработка 243
чугуна . . . . . 309
VI. Цветные металлы и сплавы ... 332
Алюминиевые сплавы и их термообработка 332
Магниевые сплавы и их термообработка 346
Титан и его сплавы . . 350
Медные сплавы и их термообработка 353
Никель и его сплавы . 360
VII. Оборудование термических цехов 363
VIII. Методы теплового контроля 386
IX. Охрана труда и техника безопасности в термических цехах (краткие сведения) 408
Литература и источники 414
Chipmaker.ru
Довгалевский Яков Миронович СПРАВОЧНИК ТЕРМИСТ/Х Редактор М. Сидоренко Художественный редактор П. Карчевский Художник А. Заславский Технический редактор В. Лукашевич, Корректор Н. Любавина
НГ14588. Поди, к печ. 10.IV-1962 г Тираж 10 000.
Бумага 70у92 1/32. Бум, л. 6,562. Печ. л. 15,356. Уч.-изд. л. 18,23.
Цена 91 к. Переплет 10 к.
*
Саратовское книжное издательство, Вольская, 81.
Саратов, Типография № 1 Облполиграфиздата. Заказ 3636.