Наибольшая скорость охлаждения металла достигается в потоке

Обновлено: 30.06.2024

Для вертикального слитка верхняя поверхность является второстепенной, так как при последующей обработке она отойдет в кромки или концы полуфабриката (листов, лент и полос), поэтому небольшая складчатость на ней может быть допущена. Это позволяет производить доливку слитка через верхнюю его поверхность.
При литье в вертикальные изложницы все время над кристаллизующимся металлом Может сохраняться слой расплавленного металла, который будет способствовать выходу из металла газа, шлака и других неметаллических включений, обладающих удельным весом, меньшим удельного веса расплавленного металла.
Как уже указывалось абсолютная скорость затвердевания играет большую роль для сплавов, имеющих в своей структуре хрупкие фазы. По приведенной классификации это сплавы второй-четвертой групп. Для сплавов, в которых хрупкие фазы отсутствуют, абсолютная скорость затвердевания имеет второстепенное значение.
Наибольшая скорость охлаждения слитка достигается при применении метода непрерывного литья с непосредственным охлаждением слитка водой. При такой скорости охлаждения хрупкие фазы в сплавах выделяются в виде мелкокристаллических включений, распределенных более или менее равномерно среди пластичной основной фазы. В особенности велика скорость затвердевания в тех местах, где поверхность кристаллизующегося металла наиболее близко располагается от поверхности слитка, охлаждаемой непосредственно водой. Небольшой толщины слой у поверхности слитка, а именно та его часть, которая кристаллизовалась внутри изложницы, охлаждалась, может быть, даже медленнее, чем расположенная под этим слоем часть слитка, кристаллизовавшаяся под влиянием быстрого отвода теплоты водой, соприкасающейся со слитком.
Центральная зона слитка, в особенности слитка большого поперечного сечения, охлаждается снова медленнее. Пo этой причине, например, механические свойства слитка дуралюмина, которые весьма сильно зависят от скорости охлаждения, оказываются наиболее высокими на некотором расстоянии от поверхности (рис. 165). У самой поверхности и в центральной зоне они оказываются более низкими. Наибольшая скорость охлаждения, обеспечивающая скорость затвердевания до 1000 мм/мин, получается в тонких сечениях при непосредственном охлаждении водой. Такая скорость затвердевания получается, например, при производстве дуралюминовой проволоки по методу В.Г. Головкина. Этот своеобразный способ непрерывного литья с непосредственным охлаждением «слитка» водой дает возможность получать исключительно большую скорость затвердевания сплава и потому высокие свойства в литом состоянии. Правда, механические свойства высокие значения имеют главным образом в продольном направлении. Для сплава Д1, например, приводится предел прочности после термической обработки 42,0 кг/мм2 и удлинение 17,7%. В поперечном направлении присутствуют междендритные скопления хрупких составляющих, которые представляют несколько коалесцированные химические соединения эвтектик, расположенные в большем количестве по границам волокнистых дендритов первичного твердого раствора, поэтому механические свойства должны быть пониженными.
Для устранения неоднородности в свойствах приходится прибегать к длительной гомогенизации сплава перед закалкой.
При литье дуралюмина с непосредственным охлаждением слитка водой скорости охлаждения таковы, что средняя скорость затвердевания слитка получается в пределах 80—200 мм мм/мин.

При кристаллизации того же сплава в охлаждаемых водой изложницах скорость затвердевания лежит в пределах 60—100 мм/мин. Такая же скорость затвердевания получается при кристаллизации слитка в массивных медных изложницах.
Еще меньшая скорость затвердевания получается при кристаллизации слитков в чугунных изложницах, а именно, порядка 20—60 мм/мин.
Совсем малая скорость затвердевания имеет место при охлаждении слитков в песчаных формах, в сырых — в пределах 6—10 мм/мин, а в сухих — от 2 до 6 мм/мин.
Разумеется, приведенные скорости затвердевания даны лишь для того, чтобы можно было сопоставить скорости затвердевания слитков в различных условиях. При изменении условий охлаждения и размеров слитков, а также, несомненно и состава сплава скорости затвердевания могут изменяться в широких пределах при любом способе литья. Однако порядок расположения способов охлаждения по скорости затвердевания остается, в общем, таким же, как указано выше.
He меньшее значение, чем скорость охлаждения, для получения высокого качества слитка имеет направление охлаждения. При литье в массивные вертикальные изложницы оно достигается соответствующим распределением массы изложницы по высоте ее, применением теплых насадок и применением уменьшенной скорости литья при повышенной температуре металла.
Создать направленность кристаллизации вертикального слитка, применяя неодинаковую толщину стенок изложницы, возможно в том случае, если отношение массы изложницы к массе слитка не выходит за пределы такого, при котором слиток наиболее быстро охлаждается и затвердевает.
Если отношение это взято больше, чем требуется для максимальной скорости затвердевания слитка, то за время до окончания кристаллизации его теплота успеет распространиться по сечению изложницы не на всю ее толщину, поэтому утолщения стенки и всякого рода приливы не окажут влияния на скорость затвердевания слитка. Оки в этом случае лишь ускорят последующее охлаждение уже затвердевшего слитка. Только в том случае, если отношение M меньше предельно допустимого — максимального, наружная поверхность тонкостенной части изложницы прогреется до окончания затвердевания слитка, и в этом месте затвердевание металла замедлится. В местах уже утолщенных стенок изложницы теплота будет отниматься с максимальной возможной для этого материала изложницы скоростью, и слиток в этих местах будет кристаллизоваться быстрее. Таким образом, осуществится преимущественное направление кристаллизации снизу вверх.
При кристаллизации слитков в вертикальных изложницах следует верхнюю часть стремиться сохранять возможно длительное время в жидком состоянии, чтобы дать возможность выйти из металла газам, всплыть шлакам и другим неметаллическим включениям, а также обеспечить питание слитка во время его затвердевания.
Рационально сконструированные изложницы имеют толщину стенки в нижней части, равную максимальной толщине, при которой достигается наиболее быстрое охлаждение этой части слитка. Наоборот, верхняя часть изложницы должна иметь стенки даже тоньше, чем те, которые, получаются при расчете минимальной их толщины. В случае, если температура заливаемого металла выше температуры плавления материала изложницы, толщину стенки верхней части следует рассчитать такой, чтобы при заливке слитка температура изложницы поднималась не выше температуры, при которой материал изложницы еще сохраняет свою достаточную прочность.
Второй способ создания направленности охлаждения слитка снизу вверх — применение теплых насадок — широко распространен при отливке стали. В верхней части изложницы в этом случае устраивается насадка из малотеплопроводного материала. Когда металл поднимается в насадке, то стенки ее быстро прогреваются в слое, прилегающем к металлу слитка, и дальнейший отвод теплоты замедляется. Внизу слиток соприкасается с холодными стенками изложницы, поэтому кристаллизация идет значительно быстрее, чем в насадке. Жидкий металл, остающийся в насадке, служит для питания слитка, а также позволяет газам, шлакам и другим неметаллическим включениям всплывать на поверхность. Небольшие настыли по стенкам насадки успевают образоваться, пока еще насадка не прогрелась (рис. 166). В дальнейшем, охлаждение замедляется, и металл в насадке остается долго в расплавленном состоянии. По мере потребления жидкого металла на питание слитка, уровень его в насадке понижается. Объем насадки рассчитывается таким образом, чтобы к концу кристаллизации металла в ней осталось по возможности мало, но, с другой стороны, чтобы усадочная раковина не прошла в слиток, а оказалась полностью в насадке. Металл, заключенный в насадке, от слитка отрезается и идет в отход, а дальше на переплавку.

Насадка изготовляется из формовочной или стержневой смеси. Часто наружная оболочка насадки устраивается в виде каркаса, в который набивается стержневая или специальная огнеупорная смесь. В некоторых случаях роль насадки выполняет полость в верхней части изложницы, заполненная формовочной смесью или другим рыхлым теплоизоляционным материалом (рис. 166, б).
Преимущество такой насадки состоит в том, что формовочный материал не может при такой конструкции попасть внутрь изложницы и вызвать засор в слитке, а недостатком является то, что па прогрев металлической стенки от металла слитка отбирается все же довольно значительное количество теплоты.
Применяемые иногда, так называемые «плавающие насадки», т. е. насадки, помещаемые внутрь изложницы, в верхней ее части, нельзя признать рациональными, так как от верхней части слитка в этом случае теплота уходит не только в стенку изложницы, которая располагается непосредственно в соприкосновении с верхней частью слитка, но также и в верхнюю часть изложницы, соприкасающуюся с плавающей насадкой (рис. 166, в). Таким образом, верхняя часть слитка, находящаяся непосредственно под насадкой, охлаждается значительно энергичнее, чем часть слитка, расположенная ниже этого места. В некоторый момент времени слиток оказывается отрезанным от насадки закристаллизовавшимся металлом ниже расположения насадки, вследствие чего насадка не выполняет своей роли полностью. Усадочная раковина располагается частично в насадке, а значительный ее объем оказывается также и в слитке.
При отливке слитков цветных металлов и сплавов применение теплых насадок тоже рационально. Если почему-либо в процессе литья не успевают подниматься на поверхность металла в изложнице газы или неметаллические включения, то сохранение верхней части слитка жидкой при использовании теплой насадки позволит им всплыть. Кроме того, применение теплых насадок ускорит разливку металла, так как доливку в этом случае выполняет теплая насадка. Если принять во внимание, что на доливку слитка тратится времени в 4—5 раз больше, чем на самый процесс заполнения изложницы, то применение теплых насадок часто оказывается выгодным, несмотря на необходимость обрезать верхнюю часть слитка, несмотря также на то, что количество отходов несколько увеличивается. С другой стороны, применение тепловых насадок уменьшит количество отходов из-за плохо долитой усадочной раковины.
Теплые насадки применимы также и при литье слитков в вертикальные водоохлаждаемые изложницы. В этом случае их полезное действие будет даже выше, чем при применении сплошных металлических изложниц без водяного охлаждения, так как продолжительность затвердевания слитка в таких изложницах меньше.
Третий способ создания направленности охлаждения состоит в уменьшении скорости литья при одновременном повышении температуры для компенсации потери теплоты при замедленном литье. В нижнюю часть изложницы металл попадает в первые моменты начала литья. Чем больше скорость литья, тем меньше разность температур металла, залитого в начале и в конце периода заливки. В этом случае кристаллизация будет идти относительно равномерно со всех сторон. Последний жидкий металл будет оставаться внутри слитка, а следовательно, и все дефекты в виде пузырей, посторонних включений и усадочных раковин тоже окажутся в средине слитка. При малой скорости литья, наоборот, в течение всего процесса литья верхняя часть объема металла, залитого в изложницу, будет сохраняться горячей, тогда как нижняя часть все время будет отдавать теплоту изложнице. К концу заполнения изложницы нижняя часть слитка уже окажется затвердевшей, тогда как верхняя будет заключать только что поступивший из ковша металл, нагретый до высокой температуры.
Наконец, наиболее эффективный способ создания направленности затвердевания слитка снизу вверх, это способ непрерывного литья с непосредственным охлаждением слитка водой. В этом случае, чем больше степень направленности охлаждения, тем меньше глубина лунки. В пределе, при очень малых скоростях литья лунку в процессе литья слитка можно получить настолько пологую, что дно ее по форме будет приближаться к плоскости. Это будет в том случае, если изложница отнимает от металла очень мало теплоты, а охлаждается слиток преимущественно при соприкосновении с водой нижней его части.
Основная формула для глубины лунки при отливке цилидрического слитка следующая:

где h — глубина лунки, см;
I — разница в теплосодержании жидкого металла при температуре плавления и твердого металла при температуре, примерно равной tпл-tн/2, кал. г-1;
γ — плотность, г*см-3;
R — радиус слитка, см;
vл — скорость литья, см*сек-1;
λ — теплопроводность заливаемого сплава, кал*см-1*ceк-1 °С-1;
tпл — температура плавления, °C;
tн — температура поверхности слитка, °С.
Из этой формулы видно, что глубина лунки увеличивается прямо пропорционально скорости литья. Это подтверждается и опытными данными (рис. 167) в интервале скоростей литья от 0,1 до 0,3 мм/сек.

В тех случаях, когда увеличивается влияние охлаждения слитка в изложнице (при увеличении высоты последней), зависимость глубины лунки от скорости литья перестает быть прямолинейной.
Глубина лунки возрастает прямо пропорционально квадрату радиуса слитка и обратно пропорционально интенсивности охлаждения слитка.
Сопоставление схематически представленных последовательных настылей при кристаллизации металла в вертикальных изложницах (рис. 168) показывает:
A. Направленность кристаллизации снизу вверх возрастает в случае утолщения нижней части изложницы, замедленной скорости литья при повышенной температуре, при применении теплой насадки (рис. 168, а).
Б. Направленность кристаллизации в указанном порядке уменьшается в случае увеличенной скорости литья, расположения приливов изложницы в верхних частях при отсутствии теплой насадки (рис. 168, б).
B. Направленность кристаллизации снизу вверх резко снижается при сифонном литье (рис. 168, в).
Г. Образование перехвата в средней части при кристаллизации слитка в случае литья в разъемную изложницу, подверженную деформации при значительной массе изложницы (рис. 168, г).
При литье в разъемные изложницы в особенности сильно проявляется их деформация, в результате чего средина слитка будет охлаждаться быстрее, что отразится на форме и расположении последовательных настылей при кристаллизации слитка. Уже в первые моменты после заливки металла в изложницу настыль будет иметь выпуклость внутрь в средней части по высоте слитка. В последующие моменты времени выпуклости с обеих сторон будут увеличиваться до тех пор, пока в средней части они не образуют перехват затвердевшего и металла. Выше и ниже перехвата будет оставаться еще жидкий металл. Последующая настыль не будет представлять одну поверхность: она разделится на две самостоятельные поверхности. Одна из них, расположенная внизу, будет иметь замкнутый контур, а верхняя может оставаться открытой. При кристаллизации слитка металл будет пополняться новыми порциями при доливке.

Вследствие образования перехвата в средней части, жидкий металл, оставшийся внизу, не будет получать питания сверху, В этих случаях пузыри, усадочные поры и посторонние включения часто обнаруживаются в нижней части слитка (см. рис. 170, а). Вследствие деформации изложницы и в горизонтальном направлении, например, в сечении AA (см. рис. 168, д), большая часть дефектов располагается не в средине нижней части слитка, а по кольцу, по местам расположения последнего затвердевающего металла. На разрезе слитка алюминиевой бронзы А5 (см. рис. 170, б) это отчетливо видно. Аналогичное расположение последнего оставшегося жидкого металла при отливке алюминиевых плит в наклонные изложницы наблюдается косвенным путем по расположению выделений обратной ликвации.
Д. Образование перехвата в средней части вначале и интенсивное охлаждение верхней поверхности слитка в дальнейшем, в случае применения малой толщины разъемной изложницы, подверженной деформации изгиба вначале выпуклостью внутрь, а в дальнейшем — в обратном направлении (рис. 168, е). Такой случай расположения настылей наблюдается редко, так как обычно явление деформации изложницы в обратном направлении происходит уже после того, как слиток затвердел полностью, и на форме настылей не отражается.
Аналогично рассмотренному сопоставление схем образования последовательных настылей при непрерывном литье показывает, что:
а) глубина лунки при непрерывном литье слитков с применением кристаллизации в изложнице без непосредственного охлаждения водой достаточно велика (рис. 169, а);
б) при применении непосредственного охлаждения слитка водой (рис. 169, б) глубина лунки уменьшается, что указывает на увеличение направленности затвердевания;
в) глубина лунки при непрерывном литье с охлаждением слитка водой увеличивается в случае большой скорости литья, большого диаметра слитка, большого удельного веса металла слитка, высокой температуры литья (рис. 169, в);
г) глубина лунки при непрерывном литье с непосредственным охлаждением слитка водой (при превалирующем значении этого охлаждения) уменьшается при малой скорости литья, при большой теплопроводности заливаемого сплава, при низкой температуре литья, малом диаметре слитка (рис. 169, г).
Изучение последовательных настылей путем применения метода выливания или путем определения температур в большом числе точек объема слитка в последовательные моменты времени, или, наконец, путем построения изосолид, полученных расчетным путем, дает возможность определять, в каких случаях можно ожидать получения доброкачественных слитков и в каких могут оказаться в них те или иные дефекты (рис. 170).

3. Изотермическая закалка.

Изотермической закалкой называется операция нагрева стали, как и при обычной закалке, выше линии GSK, т.е. до аустенитного состояния доэвтектоидной стали или аустенитно-карбидного – заэвтектоидной, ускоренного ее охлаждения в зоне наименьшей устойчивости аустенита в расплавленной соли, имеющей температуру выше т. Мн, выдержки в горячей среде в зоне промежуточного превращения до полного его завершения и последующего охлаждения на воздухе.

Температура изотермической выдержки зависит от требуемых свойств деталей и лежит выше т. Мн, но ниже зоны перлитного превращения. Изотермическая закалка позволяет в значительной степени устранить большую разницу в скорости охлаждения поверхности и сердцевины изделий, являющуюся основной причиной образования термических напряжений. Кроме того, при изотермической закалке бездиффузионное мартенситное превращение заменяется диффузионным промежуточным превращением, которое протекает постепенно и одновременно по всему сечению. Это уменьшает образование структурных напряжений. При охлаждении после изотермической выдержки, благодаря закончившемуся превращению аустенита, структурные изменения уже не происходят.

В результате изотермической закалки детали получают структуру Бейнита с высокой и средней твердостью, достаточно вязкую, прочную и хорошо сопротивляющуюся ударной нагрузке.

Отсутствие значительных термических и структурных напряжений резко снижает брак, связанный с образованием трещин, короблением и изменением размеров деталей.

Другими методами закалки структуру Бейнита получить не удается.

Изотермической закалке подвергают детали из простых углеродистых и низколегированных сталей тонкого сечения (не более 5-10 мм). При больших сечениях невозможно в горячей среде переохладить аустенит без распада до температур, лежащих выше т. Мн, из-за малой устойчивости аустенита.

Изотермическая закалка деталей более крупных сечений применима главным образом к высоколегированным сталям, в которых аустенит более устойчив (кривые на диаграммах изотермического превращения аустенита достаточно сдвинуты вправо). В этом случае можно избежать перлитного превращения в горячей среде и достигнуть зоны более устойчивого аустенита.

Очень хорошие результаты дает изотермическая закалка таких деталей, как пружины, болты, шайбы, трубы, различные мелкие детали для автомобилей, прочих машин и механизмов.

Изотермическая закалка стальной проволоки в расплавленной свинцовой ванне называется патентированием.

4. Закалочные среды.

Для успешного проведения термической обработки большое значение имеет правильный выбор закалочной среды.

Наиболее распространенными закалочными средами являются вода, 5-10% водный раствор NaOH или NaCl, минеральное масло, а также расплавы солей с низкой температурой плавления.

При закалке стали требуется быстро охладить аустенит при температурах наименьшей его устойчивости, т.е. при 650-550 0 С до Мн. В зоне температур мартенситного превращения, т.е. ниже 300 0 С, наоборот выгоднее применять замедленное охлаждение, чтобы образующиеся структурные напряжения успели выровняться. Твердость образовавшегося мартенсита при выдержке ниже Мн практически не снижается.

Данные о скоростях охлаждения и наиболее распространенных закалочных средах приводим в таблице.

Влияние скорости охлаждения при закалке на структуру и свойства углеродистой стали

Она регулируется составом и свойствами охлаждающей среды в качестве которой, как правило могут быть использованы вода, минеральное масло, водные растворы солей и щелочей, синтетические жидкости, расплавы солей и креогенные среды.

Критическая скорость закалки. Если на диаграмму изотермического распада аустенита нанести температурные кривые, полученные при непрерывном охлаждении стали (рисунок 9), то можно определить критическую скорость закалки и объяснить условия получения троостомартенситной структуры стали.

Рисунок 9 – Наложение кривых непрерывного охлаждения на диаграмму изотермического распада аустенита

ля упрощения температурные кривые изображаются прямыми линиями V₁, V₂, V₃, V₄, V₅ и V_кр, наклон которых характеризует скорость охлаждения в °С/с. При скорости охлаждения, соответствующей V₁, аустенит превратится в перлит, при V₂ — в сорбит, при V₃ — в троостит. В углеродистых сталях бейнит образуется лишь при изотермическом превращении аустенита. При скорости охлаждения, соответствующей V₄, произойдет лишь частичный распад аустенита с образованием троостита; нераспавшаяся часть аустенита претерпит бездиффузионное аустенитно-мартенситное превращение. В результате образуется троосто-мартенситная структура, которая, как правило, является нежелательной. При скорости охлаждения, соответствующей V₅, температурная кривая пересекает линии мартенситных точек М_н и М_к и в стали образуется лишь мартенсит. Такая скорость охлаждения вызывает закалку стали.

Наименьшая скорость охлаждения V_кр, при которой в охлаждаемой стали из аустенита образуется только мартенсит, называется критической скоростью закалки. Чтобы закалить сталь, ее необходимо охлаждать со скоростью не меньшей, чем критическая.

Таким образом, на получение заданной структуры и необходимых механических свойств решающее влияние при термической обработке оказывает скорость охлаждения стали (таблица 2).

Таблица 2 Изменение структуры и твердости углеродистой стали эвтектоидного состава в зависимости от скорости охлаждения

Скорость охлаждения, С/с

Температура превращения, С

Твердость НВ (средние данные)

Критическая скорость охлаждения – важная технологическая характеристика стали, так как по ней ориентируются при выборе охлаждающих сред при закалки на мартенсит. Она зависит от химического состава стали, содержания углерода и легирующих добавок.

Мартенситные превращения стали происходят в интервале температур Мн – Мк, которые зависят от химического состава аустенита, его однородности по составу и размеров зерна.

С увеличением содержание углерода в аустените температурный интервал мартенситных превращений смещается в сторону более низких температур (рис. 5, лабораторная работа № 8).

Высокая скорость роста мартенситных кристаллов (более 1000 м/с) способствует повышению его твердости и снижению пластичности.

Мартенсит имеет игольчатую микроструктуру. В нем образуются трехцентовые ковалентные связи Fe – C – Fe , которая почти на порядок сильнее механических и являются очень жесткими связями, допускающими небольшие упругие деформации.

Сочетание в мартенсите металлических и ковалентных межатомных связей в кристаллической решетки с высоким уровнем остаточных напряжений и большой плотности дислокаций ( до 10 13 см -2 ) предопределяют его высокую прочность и хрупкость.

Скорость охлаждения стали в различных закалачных сталей приведены в таблице 3.

Таблица 3 Скорость охлаждения стали в различных закалочных средах

Скорость охлаждения ( 0 С/с) в интервале температур

Вода при температуре, 0 С:

Эмульсия масла в воде

Вода, насыщенная углекислотой

10%-ный водный раствор (при 18 0 С):

5%-ный раствор марганцовокислого калия

Как видно из приведенных данных, в интервале температур 650-550 0 С холодная вода охлаждает быстрее, чем масло в 4 раза. Поэтому воду применяют для охлаждения главным образом углеродистых сталей, имеющих большую критическую скорость закалки, а масло—для охлаждения легированных сталей, имеющих малую критическую скорость закалки. охлаждающая способность воды зависит от ее температуры, поэтому закалку изделий из углеродистой стали производят в холодной воде с циркуляцией, чтобы получить мартенситную структуру.

Масло имеет незначительную охлаждающую способность при температурах 650-550 0 С, что может привести к частичному распаду аустенита с образованием феррито-цементитной смеси.

В интервале температур образования мартенсита, т.е. при 300-200 0 С, охлаждающая способность воды остается значительной, что приводит к образованию внутренних напряжений и, как результат, закалочных трещин. Масло же в 9 раз медленнее охлаждает в этом интервале температур, чем практически исключается возможность образования трещин.

В зависимости от сечения детали и критической скорости закалки структура от края к сердцевине меняется. Поверхностные слои, охлаждающиеся наиболее быстро, обычно имеют мартенситную структуру. Внутренние слои, где скорость охлаждения меньше критической, имеют другие структуры—троостит, сорбит и исходную структуру.

Перлит, сорбит и троостит, образующийся при диффузионном распаде переохлажденного аустенита, являются ферритно-цементитными структурами, имеющими пластинчатое строение, и различающиеся лишь степенью дисперсности (рисунок 10).

Рисунок 10 Микроструктура эвтектоидной стали в зависимости от температуры распада аустенита. а) – троостит, распад при 600 С, х15000; б) – перлит, распад при 700 С, х7500; в) – сорбит, распад при 650 С, х7500

Чем больше переохлаждение, тем тоньше получается ферритно-цементитная структура, т. е. меньше величина межпластинчатого расстояния ₀, равного усредненной сумме толщин двух пластинок феррита и цементита, и выше твердость. Так у перлита ₀ = 0,6-1,0 мкм при твердость НВ = 180-250 кгс/мм 2 , у сорбита ₀ = 0,25-0,3 мкм при твердость НВ = 250-350 кгс/мм 2 , у троостита ₀ = 0,1-0,15 мкм при твердость НВ = 350-450 кгс/мм 2 .

В практике термической обработки применяется ряд методов предотвращения нежелательного роста напряжений, возникающих в процессе закалки, и получения требуемых механических свойств стали.

Прерывистую закалку в двух средах используют при термической обработке изделий из инструментальных высокоуглеродистых сталей. При этом обеспечивается их быстрое охлаждение на первой стадии и медленное на второй, что позволяет вести процесс практически в соответствии с графиком идеального охлаждения и уменьшить напряжения при мартенситном превращении. Первую стадию охлаждения осуществляют обычно в воде, затем изделие переносят в масло.

Ступенчатую закалку используют для инструментальных низко- и среднелегированных сталей. При этом изделие вначале охлаждают с выдержкой в жидкой среде, имеющей температуру выше начала мартенситного превращения, а затем окончательно охлаждают на воздухе. Температура изделия при таком способе выравнивается во время выдержки по всему объему. При ступенчатой закалке иногда используют эффект сверхпластичности стали в момент мартенситного превращения и охлаждают изделие после выдержки в специальных приспособлениях для правки.

Изотермическую закалку применяют для конструкционных легированных сталей, содержащих 0,3-0,5% углерода. Изотермическая выдержка при температуре бейнитного превращения приводит к получению структуры бейнита со значительным содержанием остаточного аустенита, распад которого у легированных сталей обычно в зоне бейнитного превращения идет не до конца. Сочетание бейнита с остаточным аустенитом обеспечивает повышенную вязкость стали при достаточно высокой твердости.

Рисунок 11 – Зависимость твердости стали от содержания углерода в отожженном и закаленном состоянии—после неполной и полной закалки:1-отожженное состояние; 2-после неполной закалки; 3- после полной закалки.

В практике используют также приемы закалки с самоотпуском, при которой охлаждают в закалочной среде только часть изделия, а теплота, сохранившаяся в остальной части детали после извлечения из среды, вызывает отпуск охлажденной части. Такая закалка обеспечивает необходимое в некоторых изделиях неравномерное распределение твердости. Неравномерная закалка также достигается при обрызгивании части изделия закалочной средой (струйчатая закалка).

Для некоторых сталей, используемых для изготовления мерительного инструмента, пружин, деталей подшипников качения, закалка дополняют немедленной обработкой холодом, которую применяют для полного перевода в мартенсит остаточного аустенита. При этом обеспечивается последующая стабилизация размеров изделий. Температурный диапазон обработки холодом 30-196 0 С. Ее завершают низким отпуском для снятия напряжений.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Скорость охлаждения металла при торцовой пробе не регулируется, вследствие чего не обеспечивается соответствие ее результатов особенностям, обусловливаемым применением различных режимов сварки. .

Минимальная скорость охлаждения, при которой обеспечивается превращение аустенита в мартенсит, называется критической скоростью закалки. .

Наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит переохлаждается до мартен-ситной точки М и превращается в мартенсит, называется критической скоростью закалки VKp. Критическая скорость закалки в углеродистых сталях колеблется в пределах от 150 до 300 / сек и имеет большое значение в практике термической обработки стали. .

Небольшая скорость охлаждения маслом в мартенситном интервале температур вследствие повышенной температуры кипения ( 250 - 300 С) уменьшает возможность образования дефектов в процессе закалки. .

Необходимая скорость охлаждения, фиксирование остаточного аустенита и минимальная поводка достигаются при ступенчатой закалке с 230 С и выше. Процесс этот состоит из закалки в расплавленную селитру или щелочь, выдержки около 15 мин г последующим охлаждением на воздухе. .

Скорость охлаждения нефти влияет на процесс роста кристаллов парафина. При оптимальной температуре охлаждения образуются крупные конгломераты парафино-смолистых веществ, которые неравномерно распространяются по всему объему. В нефти, не подвергавшейся термообработке или термообработаиной при неоптимальных температурах и охлажденной с неоптимальной скоростью кристаллы парафина мельче, число их больше, они более равномерно распределены по всему объему нефти и в отсутствие движения могут соединяться между собой, образуя достаточно прочную структурную решетку, в ячейках которой располагается жидкая нефть. .

Скорость охлаждения образца регулируется переменным вакуумом в рубашке сосуда для кристаллизации. Для получения кривых необходимого размера, удобного для дальнейшей графической обработки, подбираются соответственно скорости движения диаграммной ленты пишущего потенциометра. .

Определенная скорость охлаждения необходима только для того, чтобы переохладить аустенит до температуры, при которой его превращение приводит к получению необходимой структуры и механических свойств. .

Оптимальная скорость охлаждения для различных углеводородов меняется. Когда температура достигнет такой, какая приблизительно на 5 будет выше ожидаемой температуры замерзания, время отсчетов сокращается до 1 сек. .

Скорость охлаждения отливки оказывает значительное влияние на образование структуры чугуна. Увеличение скорости охлаждения отливки способствует повышению содержания в чугуне цементита; с уменьшением скорости охлаждения увеличивается содержание в чугуне графита. Структурная диаграмма на рис. 72, а построена для случая постоянной скорости охлаждения для отливки с толщиной стенки 50 мм, поэтому данной диаграммой нельзя пользоваться для практических расчетов химического состава отливок, имеющих различную толщину стенки. На рис. 72, б приведена структурная диаграмма, учитывающая зависимость состава чугуна и толщины стенки отливки. .

Повышенная скорость охлаждения может привести к нарушению условий раскисления и дегазации наплавленного металла, а при некоторых сопутствующих обстоятельствах - к появлению трещин. Одной из особенностей сварки в зимних условиях является также опасность образования в швах горячих трещин. В результате повышения скорости охлаждения возрастает и скорость упруго-пластической деформации в зоне температур, при которых нагретый металл еще находится в хрупком состоянии. .

Различные скорости охлаждения в закалочных средах объясняются тем, что при погружении нагретого металла в жидкость на его поверхности образуется пленка перегретого пара, которая прочно держится вокруг изделия и способствует образованию паровой рубашки. Паровая рубашка плохо проводит тепло, вследствие чего происходит снижение скорости охлаждения. При закалке в масле паровая рубашка разрывается медленно, а в воде она разрывается быстрее, этим объясняются различные скорости охлаждения. Вода повторно, применяемая для закалки, закаливает сильнее, чем свежая. В воде с примесью едкого натра охлаждение происходит очень быстро в связи с тем, что частички едкого натра при попадании на поверхность раскаленного металла взрываются и способствуют разрушению паровой рубашки. .

Скорость охлаждения расплава а град / мин. .

Скорость охлаждения системы до 750 С составляла 3 - 5 С / мин, далее резко падала. В результате были выращены эпитаксиальные слои толщиной от 40 до 70 мкм, легированные серой и в различной степени азотом. .

Скорость охлаждения сварных соединений после выдержки также оказывает большое влияние на качество термической обработки. Повыщение скорости охлаждения для сварных соединений труб из сталей перлитного класса может привести к возникновению больших температурных ( временных) напряжений. .

Средняя скорость охлаждения не характеризует процесс, поскольку влияние температурного режима охлаждения на кристаллическую структуру в одном или нескольких кристаллизаторах может быть определяющим, в то время как остальные кристаллизаторы практически не будут оказывать на нее заметного влияния. .

Скорость охлаждения стали при закалке определяется охлаждающей способностью охладителя - среды, в которой производится охлаждение. .

Скорость охлаждения тела пропорциональна разности между температурами тела и среды. .

Скорость охлаждения топлива зависит от величины емкости, в которой хранится топливо. В мелких резервуарах охлаждение топлива происходит быстро. Так при хранении топлива в резервуарах емкостью до 10 т уже через сугки температура топлива становится равной температуре окружающего воздуха. При хранении топлива в крупных резервуарах охлаждение топлива вследствие тепловой инерции происходит медленнее. .

Требуемая скорость охлаждения достигается за счет теплоизоляции металла стыка после его нагрева. .

Фактическая скорость охлаждения при закалке должна быть не меньше критической, иначе мартенсит в структуре стали либо не образуется совсем, либо образуется частично, тогда структура стали будет состоять в основном из троостита или сорбита. Однако не следует охлаждать сталь и со скоростью, значительно превышающей критическую. Хотя при таком охлаждении сталь и будет иметь структуру мартенсита, но чрезмерно резкая закалка может привести к весьма значительным внутренним напряжениям и трещинам. В зависимости от химического состава сталей критическая скорость закалки может колебаться в очень широких пределах. У одних сталей она составляет 2 - 3 С / с, у других - 1200 С / с. У всех углеродистых сталей критическая скорость закалки очень велика. .

Если ты закладываешь чушь в компьютер, ничего кроме чуши он обратно не выдаст. Но эта чушь, пройдя через довольно дорогую машину, некоим образом облагораживается, и никто не решается критиковать ее. Законы Мерфи (еще. )

Скорость - охлаждение - сталь

Скорость охлаждения стали при закалке определяется охлаждающей способностью охладителя - среды, в которой производится охлаждение. [1]

Скорость охлаждения стали при отжиге не должна превышать 200 - 100 С в час для углеродистых сталей, 60 - 50 С в час для низколегированных сталей и 50 - 30 С в час для сталей с большим содержанием легирующих элементов. [3]

Скорость охлаждения стали влияет на ее структуру. Для регулирования этой скорости при закалке применяют специальные закалочные среды. Особенно важно, чтобы охлаждающая среда обеспечивала большую скорость охлаждения стали в пределах 650 - 500 С, во избежание распада аустенита на смесь феррита и цементита. С другой стороны, необходимо несколько замедлить охлаждение стали в области температур 200 - 300 С. [4]

Скорость охлаждения стали обычно принимают в 2 - 3 раза ниже скорости нагревания. Порядок приведенных цифр наглядно свидетельствует о широком диапазоне допустимых скоростей нагревания и охлаждения в зависимости от конкретных условий отжига. [5]

Скорость охлаждения стали влияет на ее структуру. Для регулирования этой скорости при закалке применяют специальные закалочные среды. Особенно важно, чтобы охлаждающая среда обеспечивала большую скорость охлаждения стали в пределах 650 - 500 С, зо избежание распада аустенита на смесь феррита и цементита. С другой стороны, необходимо несколько замедлить охлаждение стали в области температур 200 - 300 С. [6]

Скорость охлаждения стали , нагретой до температуры закалки, оказывает решающее влияние на результат закалки. [7]

Скорость охлаждения стали определяется в основном получением требуемой структуры. Для определения влияния скорости охлаждения на твердость стали следует взять две наиболее употребительные закалочные среды - воду и масло. [8]

Скорость охлаждения стали после прохождения опасного интервала уже менее существенна. [9]

Скорость охлаждения стали , нагретой до температуры закалки, влияет на результат закалки. Оптимальной закалочной средой является та среда, которая быстро охлаждает деталь в интервале температур минимальной устойчивости аустенита ( 550 - 650 С), чтобы предупредить его распад на фер-рито-цементитную смесь, и замедленно ( или с очень большой скоростью) - в интервале температур мартенситного превращения ( ниже 200 - 300 С), чтобы обеспечить одновременность мар-тенситообразования во всех зонах охлаждаемой детали и этим снизить опасность образования трещин. [11]

Скорость охлаждения стали , особенно большой толщины, при сварке всегда значительно превышает обычную скорость охлаждения металла на воздухе, вследствие чего при сварке легированных сталей возможно образование мартенсита. [13]

Скорость охлаждения стали , нагретой до температуры закалки, оказывает решающее влияние на результат термической обработки. [14]

Регулируя скорость охлаждения стали из аустенитного состояния, можно получать различные структуры: мартенсит, троостит, сорбит и перлит. [15]

Читайте также: