Замедленное охлаждение

Прерывистая закалка (в двух средах) (рис. 9.5, кривая 2) осуществляется последовательным охлаждением деталей вначале в воде до 300—350° С, а затем в масле или на воздухе более замедленным охлаждением в интервале мартенситного превращения. В этом случае уменьшаются внутренние напряжения, возникающие при переходе аустенита в мартенсит. Недостатком прерывистой закалки является сложность регулирования времени выдержки в первом охладителе.

Склонность к межкристаллитной коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением в закаленном и естественно состаренном состоянии сплава Д16 может быть вызвана замедленным охлаждением при закалке, например медленном переносом в закалочный бак, либо недостаточно быстрым охлаждением внутренних объемов полуфабрикатов больших сечений. При последующей обработке резанием этих полуфабрикатов их внутренние объемы могут оказаться на поверхности готовых деталей или изделий, т. е. в условиях проявления их пониженной коррозионной стойкости.

Широкое использование в деталях турбин легированных сталей, требующих применения режимов сварки с замедленными скоростями охлаждения, обусловливает необходимость проведения сварки изделий с подогревом и замедленным охлаждением. Как было указано в п. 2 главы III, использование подогрева может быть рекомендовано также для снижения реактивных напряжений и коробления при сварке узлов с большой толщиной и жесткостью свариваемых элементов. Режимы подогрева в зависимости от марки стали и типа изделия приведены в главе П.

Наплавленный валок устанавливают на специальный стенд с тремя индукторами для термической обработки, которая заключается в прогреве и отпуске металла валка. Наплавленный валок при температуре 380° С для выравнивания температуры нагревают в течение 10—12 ч, затем валок помещают в утепленный короб для замедленного охлаждения. Охлаждение валка до температуры 60° С длится не менее 48 ч. Отпуск наплавленного валка производят после вторичного нагрева до температуры 380° С с последующим замедленным охлаждением в утепленном коробе в течение 48 ч. Отпуск возможен как до, так и после механической обработки.

сплавы с замедленным охлаждением при развитии структурной

Рафинирование (очистка) - это удаление из металла вредных примесей: газов, серы, фосфора и др. Рафинируют металл с помощью окислительно-восстановительных реакций, вакуумным отжигом, замедленным охлаждением сваренных деталей. Хорошие результаты дает введение через электродную обмазку или флюс веществ (например, рутила ТЮг или плавикового шпата CaF2), растворяющих вредные примеси или образующих с ними нерастворимые в металле легкоплавкие соединения, переходящие из сварочной ванны в шлак или в атмосферу.

Швы второго вида характеризуются еще и третьей зоной равноосных кристаллитов, которая не выходит на поверхность шва (см. рис. 106). Появляется зона равноосных кристаллитов, как правило, на сталях с содержанием углерода свыше 0,35 %. Ее образование связано с замедленным охлаждением средней части шва.

(ТУ ИЭС 516-85) 280. .320 25. .27 подогрев до 400 °С, одночасовой отпуск при температуре 300...400°С с последующим замедленным охлаждением

На устранение отбеленной (ледебуритной) околошовной зоны положительное действие оказывает использование при сварке электродов с повышенным содержанием никеля или графитизаторов (углерода, кремния и др.) и соответствующие сварочные режимы, а в отдельных случаях - послесварочная термическая обработка по режиму высокотемпературного отжига. Наиболее радикальным средством для предупреждения структур закалки и отбеливания является предварительный и сопутствующий подогрев при сварке с послесварочным замедленным охлаждением (горячая сварка).

Свариваемость бронз в значительной степени зависит от их состава. Особые трудности вызывает сварка литейных оловянистых бронз. Их предварительно нагревают, но не перегревают, так как избыточное олово, оставшееся на границах зерен, при перегреве легко расплавляется и снижает прочность наплавленного металла настолько, что он может разрушаться даже под действием собственного веса. Поэтому сварку литейных оловянистых бронз производят чаще всего газовой сваркой мягким нормальным ацетилено-кислородным пламенем с замедленным охлаждением металла.

Ратуя столь настойчиво за сварку без расплавления, мы имеем в виду возможность решения еще, по крайней мере, двух важных проблем: сварки несвариваемых сегодня литейных сверхжаропрочных сплавов и получения прецизионных сварных конструкций. Что касается литейных сплавов, практически не поддающихся сегодня сварке плавлением (их можно сварить лишь по очень сложной технологии, например с подогревом до 1100—1200° С и последующим крайне замедленным охлаждением), то этот вопрос не требует пояснений. Относительно получения прецизионных сварных конструкций нужно отметить следующее. Для современной техники в ряде случаев очень важно иметь сварные конструкции с заданными размерами, не нуждающиеся в последующей правке и механической обработке. Аустенитные сплавы и стали отличаются значительной литейной усадкой, что способствует большому искажению формы и размеров сварных соединений и конструкций. Ясно, что отказ от сварки плавлением будет полезен и в этом случае.

При высоком подогреве (600—650° С) скорость охлаждения при эвтектической температуре снижается до и>охл> ПРИ которой отбеливания не происходит. Замедление охлаждения приводит к распаду аустснита с образованием ферритной или перлитно-ферритной металлической основы. Таким образом, наиболее эффективное средство предотвращения отбеливания металла шва и высокотемпературного участка околошовной зоны, а также резкой закалки на участке околошовной зоны, нагревавшейся выше тем-ператуты Ася, — высокий предварительный или сопутствующий подогрев чугуна до температуры 600—650° С. Сварку с таким подогревом называют горячей сваркой чугуна. Высокий подогрев и замедленное охлаждение способствуют также ликвидации трещин и пористости за счет увеличения времени существования жидкой ванны и лучшей дегазации ее, а также уменьшения температурного градиента, термических напряжений.

или временных нагревательных устройствах. Замедленное охлаждение после сварки достигается при укрывании изделий теплоизолирующим слоем (листами асбеста и засыпкой песком, шлаком или др.) или при охлаждении вместе с печами, горнами. Способы нагрева и нагревательные устройства применяют в зависимости от характера производства (устранение литейных дефектов, ремонтная сварка и т. д.). Например, при массовом производстве в литейных цехах автомобильных и тракторных заводов целесообразно использовать конвейерные печи; для ремонтных работ удобен нагрев в муфельных печах или в горнах с открытым кожухом; для разовых ремонтных работ крупногабаритных изделий изготовляют временные нагревательные устройства из огнеупорного кирпича, в том числе печи-ямы в земляном полу цеха. Для сварки используют плавящиеся электроды со стержнями из чугуна марок А или Б (табл. 91).

При электрошлаковой сварке чугуна применяют фторидпые обессеривающие и неокислительные флюсы. Замедленное охлаждение металла шва и околошовной зоны, характерное для элект-рошлаковой сварки, позволяет получать сварные соединения без отбеленных и закаленных участков, трещин, пор и других дефектов. Электрошлаковая сварка обеспечивает вполне удовлетворительные механические свойства сварных соединений из чугуна и хорошую их обрабатываемость.

Для фиксирования положения границ аустенитного зерна применяют разные способы, например: замедленное охлаждение, способствующее выделению по этим границам избыточных фаз (феррита, цементита и др.); длительный нагрев, вызывающий проникновение кислорода вглубь по границам зерен, и образование сетки из окислов, специальные методы травления мартенсита; травление в вакууме при высокой температуре,, при которой растравливаются лишь границы.

и поэтому сталь при закалке можно охлаждать в этом интервале температур медленно, но, конечно, не настолько, чтобы началось выпадение феррита или превращение аустенита в перлит. Интервал 650—400°С должен быть пройден быстро. В углеродистой стали ниже 400°С вновь начинается зона относительной устойчивости аустенита, охлаждение снова может быть медленным1. Наконец, в мартенситном интервале, начиная с 200—300°С, особенно желательно замедленное охлаждение, чтобы к значительным структурным напряжениям не прибавились термические напряжения, возникающие в результате быстрого охлаждения. Идеальная кривая охлаждения при закалке показана на рис. 234.

отвода теплоты электродами. В результате обеспечивается замедленное охлаждение заготовок. Контактную стыковую сварку этих сталей выполняют с прерывистым оплавлением, при котором обеспечиваются подогрев заготовок перед сваркой и замедленное охлаждение.

Наиболее желательна высокая скорость охлаждения (выше критической скорости закалки) в интервале температур Лг -М,, для подавления распада переохлажденного аустенита в области перлитного и промежуточного превращения и замедленное охлаждение в интервале температур мартенситного превращения /VI,, —М„. Высокая скорость охлаждения в мартенситном интервале температур нежелательна, так как ведет к резкому увеличению уровня остаточных напряжений и даже к образованию трещин. Особенно опасны растягивающие напряжения, которые в условиях временного снижения сопротивления пластическим деформациям стали в период превращения могут вызвать трещины. В то же время слишком мед-лепное охлаждение в интервале температур Мн — Мп может привести к частичному отпуску мартенсита и увеличению количества остаточного аустенита вследствие его стабилизации, что снижает твердость стали.

Все сплавы в интервале концентраций от 4,3 до 6,67% С кристаллизуются подобно сплаву /. До точки / происходит охлаждение однофазного жидкого раствора. В интервале /—2 выпадают кристаллы первичного цементита (Ц\ ). При двух фазах в двухкомпонентной системе с=1, поэтому возможно замедленное охлаждение (рис. 5.3,6). Причем жидкий раствор обедняется С в связи с кристаллизацией высокоуглеродистого цементита; состав жидкого раствора изменяется по участку 1—С (линии ликвидуса). При достижении 1147Q С (точка 2) заэвтектический сплав (4,3%С) кристаллизуется с образованием эвтектики из аустенита (АЕ. 2% С) и цементита. Это ледебурит. При трех фазах (жидкий раствор, аустенит, цементит) с = 0 и возникает нонва-риантное равновесие. Невозможно изменение состава фаз или температуры, что характеризуется площадкой 2—2' на кривой охлаждения (рис. 5.3,6). После затвердевания сплав состоит из первичных кристаллов цементита и ледебуритной эвтектики и происходит дальнейшее охлаждение.

Подобно сплаву /// кристаллизуются все сплавы с содержанием С от 2 0 до 4 3% Начиная от точки 4 и до точки 5 из жидкой фазы выпадают первичные кристаллы аустенита (А). В интервале температур до 1147° С возможно замедленное охлаждение (L + А; с - I, участок 4—5). При понижении температуры до 1147° С состав жидкой фазы изменяется по участку 4— С (линии ликвидуса), а состав аустенита _ по участку 4'— Е (линии солидуса). При достижении температуры 1147° С сплав /// будет состоять из первичных кристаллов аустенита (2% С) и жидкой фазы эвтектического состава (4,3% С). Кристаллизация ледебуритной эвтектики приводит к нонвариантному равновесию, что характеризуется площадкой 5—5' (рис. 5.3,6). После окончания затвердевания структура сплава /// состоит^из крупных зерен аустенита, окруженных ледебуритной эвтектикой.

Сплав X располагается в интервале концентрации O-f-0,025% С (до предельной растворимости С в феррите). Крайняя левая часть диаграммы показана на рис. 5.6. Имеются участки замедленного охлаждения в интервале /—2 (кристаллизация б-феррита), 3—4 (превращение б-феррита в аустенит), 5—6 (превращение аустенита в феррит) и ниже точки 7 (выделение цементита из пересыщенного С феррита по линии PQ). В этих интервалах наблюдается двухфазное равновесие (с=1) и возможно замедленное охлаждение.

Влияние скорости охлаждения. Изменяя скорость охлаждения, можно при одном и том же химическом составе получить структуру как белого, так и серого чугуна. Высокая скорость охлаждения способствует образованию в чугуне цементита; замедленное охлаждение, напротив, вызывает выделение С в виде графита. Так, при быстром охлаждении чугуна распад цементита не успевает произойти и образуется белый чугун. При медленном охлаждении распад цементита успевает произойти и образуется серый чугун. ^^"ВлП'яние химического состава. Существенное влияние на графити-/зацию чугуна оказывают примеси, находящиеся в чугуне. Одни из них — карбидообразующие (Мп, Сг и Мо) — повышают устойчивость цементита и способствуют получению белого чугуна; другие — гра-фитообразующие (Si, Ni и А1) — уменьшают устойчивость цементита и способствуют получению серого чугуна.