Определение критических точек и назначение режимов термической обработки

Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения металлических изделий с целью изменения структуры и свойств сплавов. Режимами процесса термической обработки являются: максимальная температура нагрева, время нагрева, время выдержки сплава при температуре нагрева и скорость охлаждения.

Те м п е р атуру нагрева для различных видов термической обработки назначают: для углеродистых сталей по диаграмме железо-цементит, для легированных сталей – по справочникам или государственным стандартам. Ориентировочно можно использовать диаграмму.

В р е м я нагрева стальных заготовок и деталей до заданной температуры зависит от ряда факторов: химического состава стали, размеров сечения, теплопроводности, площади поверхности контакта с нагревающей средой и т.д.

Ориентировочные нормы времени для нагрева стальных деталей приведены в таблице 3.

В р е м я выдержки изделий при температуре нагрева зависит от многих факторов. Ориентировочно время выдержки деталей и заготовок в пламенных и электрических печах берется в пределах 1,0 ¸ 1,5 мин на 1 мм сечения детали. Допустимо принимать время выдержки равным 1/5 от времени нагрева. Время выдержки при отпуске назначается в соответствии с таблице 4.

Время выдержки при цементации или азотировании назначается в соответствии с требованиями на толщину цементированного или азотированного слоя.

Продолжительность выдержки при цементации в твердом карбюризаторе (с момента достижения температуры цементации 950°С) ориентировочно определяется из расчета 0,1 ¸ 0,15 мм/ч. При газовой цементации (при  950°С) продолжительность выдержки берется  исходя  из  опытных данных:

Таблица 3. Время нагрева изделий из углеродистой и легированной сталей

Таблица 4. Время выдержки при отпуске деталей

При проведении поверхностной закалки токами высокой частоты определяется необходимая частота тока, от которой зависит глубина закаливаемого слоя, подбирается тип установки с необходимыми параметрами.

Величина тока может быть ориентировочно принята по таблице 5.

Для поверхностного нагрева стали под закалку необходимо применять сравнительно большую удельную мощность (до 2 кВт/см2) и сравнительно малое время нагрева (2 – 10 с). При этом скорость нагрева лежит в пределах 15-300°С/с. Снижение удельной мощности и увеличение времени нагрева обусловливает получение более глубокого нагрева.

Ориентировочные значения скорости нагрева и удельной мощности даны в таблице 6. Ориентировочные данные режимов закалки деталей токами высокой частоты приведены в таблице 7.

Таблица 5. Зависимость глубины поверхностной закалки от частоты тока

Таблица 6. Зависимость глубины нагрева от удельной мощности и скорости нагрева

Таблица 7. Режимы закалки ТВЧ машиностроительных деталей

Скорость охлаждения изделия напрямую зависит от выбранной охлаждающей среды. Охлаждающая среда должна обеспечивать скорость охлаждения в верхнем диапазоне температур выше критической скорости закалки, а в нижнем (в области мартенситных превращений) – по возможности меньшую скорость охлаждения, чтобы предотвратить коробление изделий и образование трещин.

В качестве закалочных сред для углеродистых сталей, имеющих высокую критическую скорость охлаждения, применяют воду и различные водные растворы, а для легированных сталей, имеющих небольшую критическую скорость охлаждения, используют масло и воздух (таблица 8).

Таблица 8. Скорости охлаждения (град/с) в различных охлаждающих средах