Окончательная термическая обработка

Место в технологических процессах изготовления деталей. Окончательная термическая обработка формирует свойства детали. Выбор технологии термической обработки определяется условиями эксплуатации, которые могут быть весьма разнообразными, материалом детали, техническими требованиями, заданными конструктором, и технологическим процессом изготовления детали. Ниже рассмотрены принципиальные маршрутные технологии изготовления некоторых типовых деталей.

Для ненагруженных деталей (материал — сталь, твердость до 200…220 НВ), изготавливаемых из поковок, отливок, сварных заготовок, окончательной термической обработкой является отжиг, нормализация или нормализация + + высокий отпуск (рис. 15.6, 15.7, на этих и последующих рисунках курсивом обозначены цели термической обработки) в зависимости от марки сталей. Цель — устранение остаточных напряжений и достижение оптимальной обрабатываемости резанием.

Для деталей, изготавливаемых холодной пластической деформацией, окончательной термической обработкой (типично для деталей, получаемых листовой штамповкой, например вытяжкой) может быть рекристаллизационный отжиг после холодного деформирования (рис. 15.8), являющийся, по сути, межоперационной обработкой, с целью снятия наклепа и повышения пластичности для выполнения последующей обработки давлением.

Весьма распространенная окончательная термическая обработка — закалка с последующим отпуском (маршрутная технология для таких деталей показана на рис. 15.9). Коротко напомним о назначении различных видов отпуска. Низкий отпуск (структура — мартенсит отпуска) обеспечивает сохранение высокой закалочной твердости, его используют при изготовлении деталей, работающих на износ, инструмента из углеродистых и легированных сталей (рис. 15.9, а). Средний отпуск (структура — троостит) обеспечивает максимум предела упругости (рис. 15.9, б), его используют для упругих элементов — пружин, рессор и т. п. Закалка + высокий отпуск — улучшение (сорбит) обеспечивает высокую ударную вязкость, применяется для тяжелонагруженных, особенно динамическими нагрузками, деталей (рис. 15.9, в).

Технологический маршрут изготовления детали из поковки, приведенный на рис. 15.9, не полон: не указана предварительная термическая обработка поковки — это отжиг или нормализация (см. рис. 15.6, б).

Технологический процесс изготовления деталей, определяющих точность оборудования, включает стабилизирующую термическую обработку (рис. 15.10 — для стальных деталей, рис. 15.11 — для чугунных деталей), необходимую для устранения остаточных напряжений, наличие которых может привести к изменению размеров деталей в процессе эксплуатации (см. 13.3.1). Например, для металлорежущего станка — это ходовой винт, шпиндель — детали из сталей, станина — деталь из чугуна. Эти детали должны обладать высокой износостойкостью, т. е. высокой твердостью. Низкий отпуск, используемый после закалки, не устраняет остаточного аустенита. В процессе эксплуатации возможно превращение аустенита в мартенсит, сопровождающееся увеличением объема, т. е. и размеров деталей, и, следовательно, потерей точности. Для прецизионных деталей из инструментальных или цементуемых сталей, в структуре которых недопустимо наличие остаточного аустенита, окончательная термическая обработка — -закалка + обработка холодом + низкий отпуск. Для чугунных базовых деталей наряду со стабилизирующей обработкой может выполняться графитизирующий отжиг для устранения отбела.

Для деталей из сплавов, упрочняемых дисперсионным твердением (например, дураk. мины, см. 8.2 и др.), окончательная термическая обработка включает закалку + старение. Технологический маршрут — механическая обработка заготовки (предварительная и получистовая) — закалка — старение — механическая обработка окончательная.

Обеспечение высокой твердости поверхностных слоев деталей и инструментов достигается сочетанием термической и химико-термической обработки (см. 5.6.1), а для инструментов также термической обработкой и нанесением покрытий методами ХОП или ФОП (см. 14.1.2). При этом обработка, вызывающая изменение химического состава и структуры поверхностных слоев, может выполняться до термической обработки, формирующей свойства материала по объему, — цементация, нитроцементация (на рис. 15.12 приведена наиболее распространенная технология — охлаждение после цементации до температуры цеха, последующая закалка от 820…850 °С + низкий отпуск), или после термической обработки — азотирование (рис. 15.13). Достижение высокой твердости поверхности обеспечивает также закалка ТВЧ (рис. 15.14).

Закалка без отпуска — окончательная термическая обработка некоторых аустенитных сталей. Для коррозионностойкой стали Х18Н10Т цель такой обработки — повышение коррозионной стойкости (см. 10.3.2), для стали Г13 — получение структуры, склонной к наклепу под воздействием эксплуатационных нагрузок, и, как следствие, к повышению износостойкости (см. 10.2).

Рис. 15.6. Технологический маршрут изготовления деталей из стальных отливок (а) и поковок (б) с твердостью 200…220 НВ

Рис. 15.7. Технологический маршрут изготовления стальных деталей (конструкций) из сварных заготовок с твердостью 200…220 НВ

Рис. 15.8. Технологический маршрут изготовления деталей из листового материала методом холодной пластической деформации.

(цикл «деформация — рекристаллизационный отжиг» может повторяться неоднократно). Материал — сталь, деформируемые сплавы на основе алюминия, меди и др.

Рис. 15.9. Технологические маршруты изготовления стальных деталей из поковок или прутков, упрочняемых закалкой с последующим отпуском.

Рис. 15.10. Технологический маршрут изготовления прецизионной детали (ходовой винт).

Материал — легированная инструментальная сталь (ХВГ, 9ХС).

Рис. 15.11. Технологический маршрут изготовления базовой детали (станина).

Материал — чугун.

Рис. 15.12. Технологический маршрут изготовления цементуемых деталей.

Рис. 15.13. Технологический маршрут изготовления азотируемых деталей.

Рис. 15.14. Технологический маршрут деталей, упрочняемых закалкой ТВЧ.